(57)【要約】  高純度アルミニウム・スパッタリング・ターゲットは、少なくとも９９．９９９重量パーセントのアルミニウムであり、結晶粒組織を有する。結晶粒組織は、少なくとも約９９パーセントが再結晶化されており、また２００μｍ未満の結晶粒を有する。本方法は、先ず高純度ターゲット素材を５０℃より低い温度に冷却し、次に、冷却された高純度ターゲット素材を変形して高純度ターゲット素材に大きな歪みを与えることにより、高純度アルミニウム・スパッタリング・ターゲットを成形する。変形後に、２００℃より低い温度で再結晶化させて、少なくとも９９パーセントの再結晶化結晶粒を有するターゲット素材とする。最後に、高純度ターゲット素材の微細結晶粒サイズを維持するために十分低い温度で仕上げて、最終スパッタリング・ターゲットとする。
2005509741.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも９９．９９９重量パーセントのアルミニウムであり、また結晶粒組織を有するスパッタリング・ターゲットにおいて、前記結晶粒組織が少なくとも約９９パーセント再結晶化されており、また約２００μｍ未満の結晶粒サイズを有するスパッタリング・ターゲット。
【請求項２】
少なくとも９９．９９９重量パーセントのアルミニウムであり、また結晶粒組織を有する高純度アルミニウム・スパッタリング・ターゲットにおいて、前記結晶粒組織が、少なくとも約９９パーセント再結晶化されており、また約１２５μｍ未満の結晶粒サイズを有するスパッタリング・ターゲット。
【請求項３】
前記スパッタリング・ターゲットが、前記スパッタリング・ターゲットをスパッタリングするためのスパッタリング・ターゲット面を有し、前記スパッタリング・ターゲット面が、少なくとも約３５パーセントの（２００）面方位の結晶粒配向率を有する請求項２に記載されたスパッタリング・ターゲット。
【請求項４】
少なくとも９９．９９９重量パーセントのアルミニウムであり、また結晶粒組織を有する高純度アルミニウム・スパッタリング・ターゲットにおいて、前記結晶粒組織が、少なくとも約９９パーセント再結晶化されており、また約８０μｍ未満の結晶粒サイズを有し、さらに、前記スパッタリング・ターゲットをスパッタリングするためのスパッタリング・ターゲット面を有し、前記スパッタリング・ターゲット面の結晶粒配向率が、（２００）面方位で少なくとも約４０パーセント、（１１１）、（２２０）および（３１１）面方位の各々で、約５〜３５パーセントであるスパッタリング・ターゲット。
【請求項５】
前記スパッタリング・ターゲットが単一塊体構造である請求項４に記載されたスパッタリング・ターゲット。
【請求項６】
ａ）少なくとも９９．９９９重量パーセントの純度と、或る結晶粒サイズを有する結晶粒を有する高純度ターゲット素材を、約−５０℃よりも低い温度に冷却する段階と、
ｂ）前記冷却された高純度ターゲット素材を変形して前記高純度ターゲット素材に歪みを与えるとともに、前記結晶粒の前記結晶粒サイズを小さくする段階と、
ｃ）前記結晶粒を、約２００℃よりも低い温度で再結晶化させて再結晶化された結晶粒を有するターゲット素材になす段階であり、前記ターゲット素材は少なくとも約９９パーセントの再結晶化された結晶粒を有し、前記再結晶化された結晶粒は微細結晶粒サイズを有する、再結晶化された結晶粒を有するターゲット素材になす前記段階と、
ｄ）高純度ターゲット素材を仕上げ処理して、仕上げされたスパッタリング・ターゲットの前記微細結晶粒サイズを維持するための十分な低温で、仕上げ処理されたスパッタリング・ターゲットを作る段階と
を含む高純度アルミニウム・スパッタリング・ターゲットの成形方法。
【請求項７】
ａ）少なくとも９９．９９９重量パーセント純度と、或る結晶粒サイズを有する結晶粒を有する高純度ターゲット素材を、約−５０℃よりも低い温度に冷却する段階と、
ｂ）前記冷却された高純度ターゲット素材を変形して前記高純度ターゲット素材に歪みを与え、前記結晶粒の前記結晶粒サイズを小さくする段階と、
ｃ）前記結晶粒を、約２００℃よりも低い温度で再結晶化させて、再結晶化された結晶粒を有するターゲット素材になす段階であり、前記ターゲット素材は少なくとも約９９パーセントの再結晶化された結晶粒を有するとともに、前記再結晶化された結晶粒は約１２５μｍ未満の微細結晶粒サイズを有する、前記段階と、
ｄ）高純度ターゲット素材を仕上げ処理して、仕上げされたスパッタリング・ターゲットの前記微細結晶粒サイズを約１２５μｍ未満に維持するための十分な低温で、仕上げ処理されたスパッタリング・ターゲットを作る段階と
を含む高純度アルミニウム・スパッタリング・ターゲットの成形方法。
【請求項８】
約１５０℃よりも低い温度に前記高純度ターゲットを迅速加熱して、前記高純度ターゲットの前記結晶粒サイズを安定化させる段階とを更に含む請求項７に記載された高純度アルミニウム・スパッタリング・ターゲットの成形方法。
【請求項９】
前記迅速加熱が、オイル、水、アルコール、および、これらの混合物から成る群から選択された液体浴に入れて行われる請求項７に記載された方法。
【請求項１０】
前記迅速加熱が、撹拌水に入れて行われる請求項９に記載された高純度アルミニウム・スパッタリング・ターゲットの成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
冷間加工と再結晶化熱処理（焼鈍）に基づくマイクロ組織の微細化について多くの研究がなされてきた。残念ながら、これらの技術は、純アルミニウムのマイクロ組織の微細化については、限られた成功を収めただけであった。高純度アルミニウムの非常に動きやすい粒界のために、通常の室内での作業条件の下では、自発的な部分再結晶化が室温で起こることが可能になる。さらに、高純度アルミニウムは、粒界の運動を効果的に遅らせるのに必要な「ジーナー・ドラッグ（Ｚｅｎｅｒ  ｄｒａｇ）」を提供する析出物または十分な量の溶質を全く含まない。結果的に、結晶粒サイズを、通常の熱機械的処理法で制御することは非常に困難である。
【０００２】
歴史的に、通常５００μｍ〜５ｍｍの範囲の再結晶化された結晶粒サイズを有する純アルミニウム・スパッタリング・ターゲットが製造されてきた。これらの「大きい」結晶粒サイズは、スパッタリングの均一性を低下させる可能性がある。さらに、これらの純アルミニウム・スパッタリング・ターゲットの強度は限られているので、それらは、スパッタリング中の反り変形を抑えるために、裏当て板を必要とすることが多い。これらの問題に鑑み、高純度アルミニウム・ターゲットの強度とスパッタリング挙動を改善することが望まれている。
【０００３】
ターゲットの製造業者は、微細結晶粒マイクロ組織を得るために、均一経路傾斜押出加工（ｅｑｕｑｌ  ｃｈａｎｎｅｌ  ａｎｇｕｌａｒ  ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ、ＥＣＡＥ）に依存している。Ｎａｋａｓｈｉｍａ  ｅｔ  ａｌ．、「Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ  ｏｆ  Ｃｈａｎｎｅｌ  Ａｎｇｌｅ  ｏｎ  ｔｈｅ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｕｌｔｒａｆｉｎｅ  Ｇｒａｉｎｓ  ｉｎ  Ｅｑｕａｌ−Ｃｈａｎｎｅｌ  Ａｎｇｕｌａｒ  Ｐｒｅｓｓｉｎｇ（均一経路傾斜押出しプレスにおける超微細結晶粒の成長に対する傾斜経路の影響）」、Ａｃｔａ．Ｍａｔｅｒ．、Ｖｏｌ．４６、（１９９８）、ｐｐ．１５８９−１５９９、および、Ｒ．Ｚ．Ｖａｌｉｅｖ  ｅｔ  ａｌ．、「Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ａｎｄ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｂｅｈａｖｉｏｒ  ｏｆ  Ｕｌｔｒａｆｉｎｅ−Ｇｒａｉｎｅｄ  Ｍｅｔａｌｓ  ａｎｄ  Ａｌｌｏｙｓ  Ｓｕｂｊｅｃｔｅｄ  ｔｏ  Ｉｎｔｅｎｓｅ  Ｐｌａｓｔｉｃ  Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ（過度の塑性変形加工を受けた超微粒化金属および合金の組織と機械的挙動）」、Ｐｈｙｓ．Ｍｅｔａｌ．Ｍｅｔａｌｌｏｇ．、Ｖｏｌ．８５、（１９９８）、ｐｐ．３６７−３７７は、結晶粒サイズを小さくするためにＥＣＡＥを用いる例を提示している。ＥＣＡＥは、加工材（ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ）の形状をさほど変化させることなく、金属に非常に大きな歪みをもたらす。この方法は結晶粒サイズを小さくするために有効であるが、均一なスパッタリングを容易にするような仕方で結晶粒を配列させることも、または、歩留りを許容されるものとすることもないようである。この低い歩留りの原因は、矩形プレートによってのみ行われ、したがって、矩形プレートから円形のターゲットを切り出すという非効率な作業を必要とするＥＣＡＥ法にある。
【０００４】
金属に微細結晶粒組織を生み出す別の機械的方法は、「累積ロール接合（ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ  ｒｏｌｌ  ｂｏｎｄｉｎｇ）」であり、アルミニウム板が反復して積層、圧延されて、超微細結晶粒サイズに必要とされるのに十分な歪みが与えられる。Ｎ．Ｔｓｕｊｉ  ｅｔ  ａｌ．、「Ｕｌｔｒａ−Ｆｉｎｅ  Ｇｒａｉｎｅｄ  Ｂｕｌｋ  Ｓｔｅｅｌ  Ｐｒｏｄｕｃｅｄ  ｂｙ  Ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ  Ｒｏｌｌ  Ｂｏｎｄｉｎｇ（ＡＲＢ）  Ｐｒｏｃｅｓｓ（累積ロール接合（ＡＲＢ）法により製造された超微粒化バルク鋼）」、Ｓｃｒｉｐｔａ．Ｍａｔｅｒ．、Ｖｏｌ．４０、（１９９９）、ｐｐ．７９５−８００。反復する積層と圧延により、アルミニウムが臨界厚さに達した後も、圧延を続けることができる。この方法は、いくつかの製品を製造するには有用であるが、材料に必要な純度のために、スパッタリング・ターゲットには必ずしも適用できない。
【０００５】
研究者等は、アルミニウム合金板パネルの成形限界を広げるために、極低温加工を用いることを検討した。例えば、Ｓｅｌｉｎｅｓ他は、米国特許第４１５９２１７号で、アルミニウム板を変形させる極低温プロセスを開示している。この極低温プロセスは、−１９６℃における伸びと成形性を増大させる。さらに、同様の研究では、自動車用の板パネルの成形性を増すことに焦点が置かれた。重要な参考文献として、以下のものが含まれる：ｉ）Ｈ．Ａｓａｏ  ｅｔ  ａｌ．、「Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ  Ｗｏｒｋｉｎｇ．Ｉ．Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｂｅｈａｖｉｏｒ  ａｎｄ  Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ  ｏｆ  Ｆａｃｅ−Ｃｅｎｔｅｒｅｄ  Ｃｕｂｉｃ  Ｍｅｔａｌｓ  ａｎｄ  Ａｌｌｏｙｓ  ａｔ  Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（極低温加工の研究  Ｉ．面心立方金属および合金の極低温での変形挙動と機構）」、Ｊ．Ｊｐｎ．Ｓｏｃ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｐｌａｓｔ．、Ｖｏｌ．２６、（１９８５）、ｐｐ．１１８１−１１８７、および、ｉｉ）Ｈ．Ａｓａｏ  ｅｔ  ａｌ．、「Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ  Ｗｏｒｋｉｎｇ．ＩＩ．Ｅｆｆｅｃｔ  ｏｆ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｅｘｃｈａｎｇｅ  ｏｎ  Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｂｅｈａｖｉｏｒ  ｏｆ  Ｆａｃｅ−Ｃｅｎｔｅｒｅｄ  Ｃｕｂｉｃ  Ｍｅｔａｌｓ  ａｎｄ  Ａｌｌｏｙｓ（極低温加工の研究  Ｉ．面心立方金属および合金の変形挙動への温度交換の影響）」、Ｊ．Ｊｐｎ．Ｓｏｃ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｐｌａｓｔ．、Ｖｏｌ．２９、（１９８８）、ｐｐ．１１０５−１１１１。
【０００６】
Ｌｏ他は、「Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ  Ｒａｎｄｏｍｌｙ  Ｏｒｉｅｎｔｅｄ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ａｌｌｏｙ  Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ  Ｔａｒｇｅｔｓ  ｗｉｔｈ  Ｆｉｎｅ  Ｇｒａｉｎｓ  ａｎｄ  Ｆｉｎｅ  Ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｓ（微細結晶粒と微細析出物を有するランダム配向アルミニウム合金スパッタリング・ターゲットの製造方法）」と題する米国特許第５７６６３８０号において、アルミニウム合金スパッタリング・ターゲットを製造する極低温法を開示している。この方法では、結晶粒を再結晶させ、結晶粒組織を制御する、最終的な焼鈍ステップを伴う極低温加工が用いられる。同様に、Ｙ．Ｌｉｕは、米国特許第５９９３６２１号で、チタン・スパッタリング・ターゲットの結晶学的テクスチャ（集合組織）を操作し改善するために、極低温加工および焼鈍を用いている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、高純度アルミニウム・スパッタリング・ターゲットに関するものである。このスパッタリング・ターゲットは、少なくとも９９．９９９重量パーセントのアルミニウムであり、また結晶粒組織を有する。この結晶粒組織は、少なくとも９９パーセント再結晶化されており、また２００μｍ未満の結晶粒サイズを有する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明方法は、初めに、高純度ターゲット素材を、約−５０℃よりも低い温度に冷却することにより、高純度アルミニウム・スパッタリング・ターゲットを成形する。高純度ターゲット素材は、少なくとも９９．９９９パーセントの純度と、或る結晶粒サイズの結晶粒を有する。次に、冷却された高純度ターゲット素材を変形することにより高純度ターゲット素材に大量の歪みが与えられる。そして、約２００℃よりも低い温度で結晶粒を再結晶化させることにより、再結晶化された結晶粒を有するターゲット素材となる。このターゲット素材は、少なくとも約９９パーセントの再結晶化された結晶粒を有し、その再結晶化された結晶粒は微細結晶粒サイズである。最後に、微細結晶粒サイズを維持するための十分低い温で、高純度ターゲット素材を仕上げることにより、仕上げスパッタリング・ターゲットとなる。
【実施例】
【０００９】
高純度アルミニウムの変形温度を少なくとも−５０℃まで下げることにより、再結晶化の起こる温度が下がり、結晶粒サイズが微細になることが見出された。次に、このターゲット素材を２００℃よりも低い温度に加熱することにより、最小限の結晶粒成長で、マイクロ組織が安定化される。この方法により、室温で極めて安定性に優れた微粒化された再結晶組織が作り出される。
【００１０】
特に、アルミニウム・ターゲットを製造する方法では、最初に、後の低温再結晶化の間の活性化のために、新しい結晶粒が成長しうる核形成サイトの数を増やすという目的で、極低温で、過酷な塑性歪みが与えられる。このことが、大きな塑性変形による核（Ｎ）の数を増大させ、後の新しい結晶粒の成長速度（Ｇ）を小さくして、再結晶化された結晶粒サイズを小さくする。
【００１１】
極低温で加工された純アルミニウムは、−８０℃のような低温で再結晶化することが示された。さらに、結晶粒の成長には、粒界を跨いでの短い距離の原子「ジャンプ」（粒界運動）が含まれるので、粒界の動きやすさを決める上で、温度は重要な役割を演じる。極低温プロセスは、低温で再結晶化現象を起こさせることにより粒界が動き難くなっていることを利用する。したがって、極低温加工では、大きな塑性歪みと、極低温での変形に伴う動的回復の遅れ（Ｎの増加）、および、低温で再結晶化を起こさせることによる、新たに形成される結晶粒の成長速度の低下（Ｇの低下）の両方により、ＮとＧの比が最大化される。ＮとＧの比を最大化することにより、再結晶化された結晶粒サイズが最小限化される。次に、ターゲット素材を仕上げスパッタリング・ターゲットにする、後の処理の間、結晶粒の成長を抑制することにより、得られた最小限結晶粒サイズが維持される。
【００１２】
成形作業の直前にターゲット素材を冷却槽に浸漬することによる、通常よりも低い変形温度の広い利用により、高度に加工変形された状態が実現される。室温まで加熱するか、または迅速加熱（ｕｐｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）することにより、新たな完全に再結晶化した比較的小サイズの結晶粒が、変形加工された結晶粒に取って代わる。
【００１３】
この方法により、少なくとも約９９パーセントのアルミニウムが再結晶化した高純度アルミニウムが製造される。この方法は、アルミニウムの純度が少なくとも９９．９９９重量パーセントのターゲットに対して有効である。さらに、この方法は、少なくとも９９．９９９５重量パーセント、最も有利には９９．９９９９重量パーセントに達する高純度のアルミニウム・ターゲットに対して有用である。
【００１４】
最終的な結晶粒は、通常、約１２５μｍ未満の結晶粒サイズを有する。厚い単一塊体スパッタリング・ターゲットのようないくつかの用途では、約２００μｍ未満の結晶粒サイズは許容される。これは、標準的な高純度アルミニウム・スパッタリング・ターゲットを凌ぐ結晶粒のかなりの改善を表している。さらに、この方法は、有利にも、約１００μｍ未満のレベルに結晶粒サイズを保つことができる。最も有利には、この方法は約８０μｍ未満のレベルに結晶粒を保つ。
【００１５】
さらに、この方法により、（２００）面方位の結晶粒配向率が優勢になる。この明細書では、配向率は、スパッタリング・ターゲット面に垂直に測定して、パーセントで表される、全結晶粒に対する特定の結晶粒配向の相対的割合と定義される。例えば、Ｘ線のピーク強度を測定して、それをランダム配向の粉末標準で測定されたそのピークの相対強度で割ることにより、結晶粒配向率が計算される。次に、この比に１００パーセントを掛けて、そして規格化される、すなわちこの比は各強度とそれらの対応する相対強度の間の結晶粒配向率の合計で割られる。
【００１６】
最終のスパッタリング・ターゲット面では、有利には、（２００）面方位の結晶粒配向率が少なくとも約３５パーセントである。また、最も有利には、それは、少なくとも約４０パーセントの（２００）面方位を有する。さらに、スパッタリング・ターゲット面の結晶粒配向率は、最も有利には、（２００）配向で少なくとも約４０パーセント、（１１１）、（２２０）および（３１１）面方位の各々で約５〜３５パーセントである。（２００）面方位が多くて、（１１１）、（２２０）および（３１１）面方位にバランスがあるこの組合せにより、スパッタリング・ターゲット面による最も均一なスパッタリング特性が得られる。
【００１７】
最初に約−５０℃よりも低い温度に高純度ターゲット素材を冷却することにより、素材を変形する準備がなされる。冷却媒体は、固体又は液体のＣＯ２、液体窒素、液体アルゴン、ヘリウム、または他の超低温液体の組合せでありうる。有利には、この方法では、素材を約−８０℃まで冷却する。最も有利には、この方法では、素材を少なくとも約−１９６℃すなわち７７Ｋまで冷却する。大抵の用途での最も実用的な温度は、７７Ｋである（大気圧の液体窒素）。
【００１８】
冷却後、冷却された高純度ターゲット素材を変形することにより、高純度ターゲット素材に大きな歪みが与えられる。変形方法には、純アルミニウムの結晶粒サイズを微細なものにするための、プレス、圧延、鍛造などの方法が含まれる。変形の間、ターゲット素材の発熱を抑えることが重要である。さらに、ターゲット素材に少なくとも約５０パーセントの工学歪みを入れると有利である。この歪みにより、マイクロ組織がターゲットの全厚さを通して確実に均一になる。
【００１９】
圧延は、結晶粒サイズを小さくし、望みのテクスチャを実現する最も有利な方法であることが実証された。特に、パスの間での再冷却を伴う多段パス圧延は、最も利点のある結果を与える。
【００２０】
ターゲット素材の結晶粒は、約２００℃より低い温度で再結晶する。この温度で、少なくとも約９９パーセントの結晶粒が再結晶する。有利には、結晶粒は１００℃より低い温度で再結晶する。最も有利には、結晶粒は、雰囲気温度より低い温度で再結晶する。上に記載されたように、再結晶温度をできるだけ低くすることにより、ターゲットの結晶粒サイズは小さくなる。
【００２１】
任意選択で、本発明の方法は、高純度ターゲットの結晶粒サイズを安定化させるために、高純度ターゲットを約２００℃よりも低い温度に迅速加熱することを含む。最も有利には、約１５０℃よりも低い温度に迅速加熱される。本明細書では、迅速加熱は、雰囲気温度までの空気加熱より速い速度での加熱である。例えば、アルコール、オイル、水、および、これらの組合せ中に装入する焼鈍は、急速な再結晶化の方法を提供する。有利には、迅速加熱は水中で行われる。こうすると、迅速加熱ステップ後の大変な洗浄を行う必要が無くなる。最も有利には、迅速加熱は撹拌されている水中にターゲット素材を漬けることにより行われる。水の撹拌は氷の生成を抑える。さらに、水を約１００℃に加熱すると、さらに迅速加熱が改善されうる。任意選択で、迅速加熱を改善するために、水槽は塩またはエチレングリコールまたはプロピレングリコールなどの凍結防止剤を含むことができる。しかし、迅速加熱の主な目的は、極めて優れた結晶粒サイズおよびテクスチャを一様な状態で「固定する」ことであるので、不均一を生じない迅速加熱法を確立することが重要である。
【００２２】
最終のスパッタリング・ターゲットへの高純度ターゲット素材の仕上げは、微細結晶粒サイズを保つのに十分な温度で行われる。スパッタリング・ターゲットが、高すぎる温度で仕上げられると、利点のある結晶粒サイズの低下が損なわれる。有利には、仕上げは、結晶粒の成長を抑えるために、約２００℃より低い温度で行われる。約１００℃よりも低い温度に仕上げ温度を下げることにより、仕上げの間の結晶粒の成長は、さらに少なくなる。最も有利には、仕上げは雰囲気温度で行われる。
【００２３】
［実施例１］
この実施例では、少なくとも９９．９９９５パーセントの純度を有するアルミニウムから作製される、実寸大のＣＶＣ型スパッタリング・ターゲットを用いた。最終のターゲット素材の寸法は、直径３０．５ｃｍ（１２．０インチ）、厚さ０．６４ｃｍ（０．２５インチ）である。表１に、このターゲットで実施された製造方法が記載されている。低温プレス段階（ステップ２）では、作業者は、直径１３．０ｃｍ（５．１インチ）で長さ７．６ｃｍ（３インチ）の加工材を、目で見て沸騰が観察されなくなるまで、液体窒素に浸漬した。この時、加工材は、約７７Ｋ、すなわち−１９６℃の温度であった。各プレス・ステップの間に極低温加工されているビレットを再冷却することにより、確実に、可能な範囲で−１９６℃、すなわち７７Ｋに近い温度で強制変形が行われた。
【００２４】
最初の冷却および再冷却ステップは、加工材がその表面を囲む液体窒素を沸騰させなくなるまで続けられた。室温の金属を液体窒素に浸漬した直後には、金属表面に隣接する液体は非常に急速に沸騰するので、それが加工材を取り囲む安定なガスの膜を形成した、すなわち「膜沸騰（ｆｉｌｍ  ｂｏｉｌｉｎｇ）」が起こった。膜沸騰の間は、ガスのバリアにより熱伝達が制限された。加工材の温度が低下し、金属が−１９６℃に近づくと、ガス膜のバリアが壊れ始め、液体が、沸騰前に、金属表面に接触した。熱伝達は、この「核沸騰（ｎｕｃｌｅａｔｅ  ｂｏｉｌｉｎｇ）」段階の間、比較的迅速であった。核沸騰中の沸騰速度は、膜沸騰のそれよりかなり大きかった。実寸大での試行による興味深い観察は、加工材が−１９６℃に近づいた時、聞き取ることができる沸騰状態の変化が、膜から核沸騰への移り変わりを知らせることであった。
【００２５】
前冷却が完了した後、平坦ダイの間でアルミニウムを２段階（ほぼ同じ厚さ減少）でプレス加工することにより、厚さを最終高さの２．５ｃｍ（１インチ）まで薄くした。２回の厚さ減少ステップの間に、加工材を液体窒素槽に浸漬することにより、加工材を約７７Ｋ、すなわち−１９６℃に再冷却した。プレス加工ステップの間とプレス加工が完了した後に、直ちに加工材を液体窒素槽に移すことにより、加工材の温度が−８０℃を超えないようにした。こうすることで、プレス工程により付与された最大の蓄積歪みエネルギーが保持されやすくした。
【００２６】
ステップ３では、加工材を、７７Ｋ、すなわち−１９６℃の液体窒素槽から圧延装置に素早く移すことにより極低温圧延前の再結晶化をできるだけ少なくした。極低温圧延は、各圧延パスの間に液体窒素槽に浸漬することによる再冷却処理を伴い、パス毎に約０．１０ｃｍ（０．０４０インチ）ずつ厚さを減少させることからなっていた。プレス加工処理の場合と同様に、確実に、ターゲット素材の温度ができるだけ低温に留まるように、各圧延パスの後、直ちに加工材を液体窒素槽に移すことが重要である。極低温圧延が完了した後、加工材は雰囲気温度に戻る。ステップ７では、上昇した鑞接温度に曝すことにより生じうる結晶粒成長を防ぐために、従来の鑞接に代えて、エポキシ接合が用いられた。
【００２７】
極低温で変形されたアルミニウムの再結晶は、約−８０℃の温度で起こるので、仕上げの製造段階の前又は後に、再結晶化熱処理は全く必要でないことに注意することは重要である。しかし、実験のために、様々な焼鈍温度で、いくつかの試験片を焼鈍することは、極低温で変形されたアルミニウムのマイクロ組織とテクスチャに焼鈍ステップが及ぼしうる効果を評価するのに役立つ。
2005509741.tif 000003
【００２８】
金属組織学的およびＸ線回折分析結果を、ターゲット素材の外側環状部分から取られた、ウォーター・ジェット切断試料から得た。図１は、変形されたままの状態の試料、並びに１００〜２００℃の範囲の温度で焼鈍されたいくつかの試料による結晶粒サイズの結果をプロットしている（ＡＳＴＭ  Ｅ−１１２法により、実施例の結晶粒サイズを求めた）。図１に示される測定結果は、変形されたままの結晶粒サイズである最初のデータ（焼鈍温度は２０℃とされている）を除いて、指定されたそれらの温度で４時間焼鈍した試料によった。予想されるように、焼鈍温度を上げることは結晶粒サイズを大きくすることになる。変形されたままの試料の結晶粒サイズの測定値は１１６μｍであったが、これは、標準的な市販の高純度アルミニウム・スパッタリング・ターゲットよりかなり微細である。
【００２９】
図２を見ると、変形されたままの試料（焼鈍温度は２０℃とされている）、並びに焼鈍試料のＸ線回折データにより、２００℃までの焼鈍温度では、テクスチャにほとんど変化の無いことが示された。また全ての試験体は、１００パーセント、（２００）面テクスチャを主とする再結晶マイクロ組織であった。このテクスチャにより、高純度アルミニウム・スパッタリング・ターゲットのようなｆｃｃ金属ターゲットのスパッタリング挙動が改善されうる。これらのターゲットのスパッタリング試験では、従来の熱機械的技術で作製されたターゲットに比べて、一様性が改善されたことも示された。
【００３０】
［実施例２］
一連の実寸大の製造試験により、上の実施例１で記載された熱機械的処理の明細に従って製造された、３つの異なる材料ロットからの５つのターゲット素材のマイクロ組織の一様性が調べられた。素材を分割して（３つの異なるロットの各々からの材料を含めて）金属組織学的分析用試料を得て、結晶学的テクスチャを求めた。テクスチャ分析と結晶粒サイズ測定により、各ターゲット内のテククチャと結晶粒サイズが一様であることが示された。これは、ターゲットが違っても、また３つの異なる材料ロットからの５つの素材の全てにおいても同じであった。
【００３１】
ターゲットの中心から４．７ｃｍ（１．８５０インチ）と１３．０２ｃｍ（５．１２５インチ）の距離で、各素材（各ターゲット毎に２ヶ所）のエロージョン・グルーブ領域のターゲット面からの回折データを収集した。同様に、結晶粒サイズの測定位置は、３つのターゲットの、表面に近い部分と全厚の中間点部分であり、素材毎に、次の通りであった：端部近く、１３．０２ｃｍ（５．１２インチ）；半径の約半分、４．７ｃｍ（１．８５インチ）；および中央。
【００３２】
Ｘ線回折分析により、ターゲット素材の結晶学的テクスチャを求めた。図３Ａは、通常の加工による３つの異なるロットからの、５つの高純度アルミニウム・ターゲット素材についてのＸＲＤの結果を示している（比較素材Ａ〜Ｅ）。これらの結果のバラツキは、純アルミニウム・ターゲットのテクスチャを制御しようとする際にしばしば直面する難しさを例示している。特に、結晶学的テクスチャは制御し難く、ターゲット間で変動の度合いの大きいことが多かった。さらに、従来の加工による純アルミニウム・ターゲットでは、１つのターゲット内での変動もまた問題であろう。
【００３３】
図３Ｂは、３つのロットからの、極低温で変形された残りの５つのターゲット素材について、ＸＲＤの結果を示している（試料素材１〜５）。これらの結果により、極低温法の結果である、１つのターゲット内での優れた均一性、並びに複数のターゲット間の極めて優れた均一性が示された。
【００３４】
表２は、ターゲット素材で測定された結晶粒サイズを列挙したものである。
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【００３５】
５つの素材の全平均結晶粒サイズは１１５μｍであった。また全ての試料は１００パーセントの再結晶化された結晶粒を含んでいた。
【００３６】
［実施例３］
表３に列挙される一連の工程が、３つの異なる材料ロットから５つのターゲット素材を製造する方法であった。最初のビレットの寸法は次の通りであった：１３０ｍｍの直径×８９ｍｍの長さ。また最終の素材寸法は、直径３０５ｍｍで厚さ１１．１ｍｍであった。
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【００３７】
これらの５つの素材のマイクロ組織と結晶学的テクスチャを、１つのターゲット内の一様性とターゲット間の一致の程度について、完全に評価した。実施例２のように、１００パーセント再結晶化ターゲットは、極めて優れた結晶学的配向と、ターゲット内およびターゲット間の均一性を示した。さらに、これらの迅速加熱ターゲットでは、結晶粒サイズとマイクロ組織の均一性の向上が見られた。
【００３８】
さらに、同じ３つの材料ロットから他の５つのターゲット素材を同じ方法で作製し、裏当て板に鑞接し、スパッタリング試験に用いることができるように仕上げの機械加工を行った。これらのターゲットのスパッタリング試験では、従来の熱機械的技術で製造されたターゲットに比べて、一様性が改善されていることが示された。
【００３９】
［実施例４］
純Ａｌの極低温加工で用いられる、いくつかの加工パラメータを変えて、各パラメータの結晶粒サイズへの影響を定量化した。具体的には、実施例３の工程で、極低温プレス歪み、極低温圧延歪み、および極低温変形の後の加熱速度を変えることにより、結晶粒サイズを小さくする上での各パラメータの効果を評価した。
【００４０】
表４は、実験マトリックス、および各実験での測定された結果と結晶粒サイズを示している。
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【００４１】
表４の結果は、圧延歪みは、プレス歪みに比べて結晶量サイズの微細化効果がずっと大きいことを示している。迅速加熱により、同じように支配的な（２００）面テクスチャの結晶粒サイズは一様により微細になった。さらに、結晶粒は１００パーセント再結晶化されていた。
【００４２】
［実施例５］
単一塊体形状のスパッタリング・ターゲットの極低温加工によってもまた、マイクロ組織に利点のあることが示された。純アルミニウムの１３０ｍｍビレットを、３４３ｍｍの長さに切断し、２０３ｍｍの高さまで冷間据え込み加工（ｃｏｌｄ  ｕｐｓｅｔ）した。実施例１に記載された極低温変形手順を用いて、ビレットの極低温据え込みプレス加工を、最終高さ１０２ｍｍまで、４段階で実施した（段階毎の厚さ減少は等しい割合）。次に、実施例１に記載された手順を用いて、５ｍｍの厚さ減少／１回の圧延パスで、最終ビレット厚さ４６ｍｍまで、据え込み加工されたビレットを極低温交差圧延した。極低温圧延の後、室温水で迅速加熱して、室温まで加工材を迅速に加熱して戻すことが、マイクロ組織に影響を与える最後の工程ステップであった。前記のように加工することにより、平均結晶粒サイズは１５５μｍとなり、図２の雰囲気温度「焼鈍」条件で示された好ましい結晶学的テクスチャが得られた。向上したマイクロ組織を維持するために、最終の加工材を室温で最終のスパッタリング・ターゲットに直接機械加工した。
【００４３】
可能であった最も微細な結晶粒サイズが得られた実験的手順は、極低温変形の後に、変形された加工材を、圧延の直後に、極低温から温水で約５０℃に「迅速加熱すること」からなっていた。冷間変形金属をその結晶化温度に迅速にもって行く技術により、結晶粒サイズとテクスチャはより均一になる。明らかに、迅速加熱は、結晶化の初期段階の間の、成長しうる新しい結晶粒の核の数を増大させ、新しい結晶粒が互いにぶつかり合うまでにかかる時間を減少させて、再結晶化された結晶粒組織を確実に微細なものにする。
【００４４】
この方法により、円形ターゲットおよび板状矩形ターゲットを含めて、任意の形のターゲットを製造することができる。さらに、この方法で成形されたターゲットの強度は大きいので、それらにより、直接単一塊体構造にターゲットを成形することも可能である。これは、ターゲットを裏当て板に接合することに伴うコストを省き、スパッタリング・ターゲットの使用できる厚さを増す。
【００４５】
極低温法により、単一塊体構造の純アルミニウム・ターゲットで、最小で５０〜８０μｍのように微細な結晶粒サイズを実現することが可能である。さらに、結晶粒サイズの低下により、２００℃を超える温度で焼鈍される従来の高純度スパッタリング・ターゲットに比べて、スパッタリングの均一性が向上する。さらに、この方法により、従来の鍛練（ｗｒｏｕｇｈｔ）法より均質な製品が得られる。最後に、このターゲットは、均一なスパッタリングをさらに容易にする、再結晶化テクスチャ（２００）面結晶粒を含む。
【００４６】
本発明が特定の好ましい実施例を参照して、詳細に説明されたが、当分野の技術者は、特許請求の範囲の精神と範囲内の、本発明の他の実施例が存在することを認めるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】極低温で変形され再結晶化されたアルミニウムについての、焼鈍温度の関数としての結晶粒サイズのプロット。
【図２】図１の試料についての、焼鈍温度に対する配向率のプロット。
【図３Ａ】実施例２の通常の熱機械的に処理されたターゲットの３ロットからの５つの比較ターゲット素材について、配向率を示すプロット。
【図３Ｂ】実施例２の３ロットからの５つの極低温加工ターゲット素材について、配向率を示すプロット。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【国際調査報告】
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