(57)【要約】  金属板をクロック圧延して所望厚さの圧延板とする工程を含む金属の処理方法。スパッタリングターゲットおよびその他の金属部材も開示。
2008532765.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板を所望厚さになるまでクロック圧延して圧延板とする工程を含む金属の処理方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、上記クロック圧延に供する上記金属板は、ビレットを鍛造して得ることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法において、上記金属板が円形であることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項２記載の方法において、上記ビレットは、金属インゴットを所望の直径まで押出しまたはスエージングして押出しまたはスエージインゴットとし、更に任意に、該押出しまたはスエージインゴットを切断することにより得ることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項４記載の方法において、上記金属インゴットは出発直径が約７インチ以上であり、上記ビレットは直径が約３インチ〜約６インチであることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１記載の方法において、上記圧延板を焼鈍する工程を更に含む方法。
【請求項７】
請求項４記載の方法において、上記押出しまたはスエージインゴットを焼鈍する工程を更に含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１記載の方法において、上記クロック圧延を、各圧延パス後に１００°〜１７０°回転させて行なうことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１記載の方法において、個々のクロック圧延を、各圧延パス後に約１２０°回転させて行なうことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１記載の方法において、上記圧延板を焼鈍する工程を更に含み、上記方法の前には焼鈍を行なわないことを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１記載の方法において、上記方法により上記圧延板に３．０以上の真歪み圧下を付与することを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１記載の方法において、上記方法により上記圧延板に４．０以上の真歪み圧下を付与することを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１記載の方法において、上記方法により上記圧延板に約３．０〜約６．０の真歪み圧下を付与することを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項４記載の方法において、上記押出しまたはスエージインゴットに付与する真歪みが約０．５〜約２．０であることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項４記載の方法において、上記ビレットはビレット直径に対するビレット長の比が約３以下であることを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項２記載の方法において、上記鍛造が軸鍛造であることを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１６記載の方法において、上記軸鍛造により約０．７５〜約２．０の真歪みを付与することを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１記載の方法において、上記クロック圧延は、上記金属板の一方の面をクロック圧延する工程と、次いで該金属板の他方の面をクロック圧延する工程とを含むことを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１８記載の方法において、上記一方の面および上記他方の面のクロック圧延は、圧延パス回数が同じかほぼ同じであることを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１記載の方法において、上記圧延パスにより約０．０２〜約２．０の真歪みを付与することを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項１記載の方法において、上記クロック圧延により約１．０〜約２．０の真歪みを付与することを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項１記載の方法において、圧延パス回数が３以上であることを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項１記載の方法において、圧延パス回数が６以上であることを特徴とする方法。
【請求項２４】
金属板の耳発生を低減または制御する方法であって、該金属板に２パス以上のクロック圧延を行なうことを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項４記載の方法において、上記インゴットは出発直径が約１０〜１４インチであることを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項１記載の方法において、上記金属板がタンタル板であることを特徴とする方法。
【請求項２７】
請求項１記載の方法において、上記圧延板がスパッタリングターゲットであることを特徴とする方法。
【請求項２８】
円形金属部材を作製する方法であって、円柱形の金属インゴットを、該円柱形を維持しつつ処理する工程を含むことを特徴とする方法。
【請求項２９】
金属部材の面内のどの方向にも等方的に変形するＢＣＣ金属部材。
【請求項３０】
請求項２９記載のＢＣＣ金属部材において、円板であることを特徴とするＢＣＣ金属部材。
【請求項３１】
請求項２９記載のＢＣＣ金属部材において、スパッタリングターゲットの円板であることを特徴とするＢＣＣ金属部材。
【請求項３２】
請求項２９記載のＢＣＣ金属部材において、タンタル部材であることを特徴とするＢＣＣ金属部材。
【請求項３３】
請求項２９記載のＢＣＣ金属部材において、ニオブ部材であることを特徴とするＢＣＣ金属部材。
【請求項３４】
１つの軸に対して軸対称集合組織を備えたＢＣＣ金属板。
【請求項３５】
図３に示す極点図を備えたＢＣＣ金属板。
【請求項３６】
請求項３４記載のＢＣＣ金属板において、上記軸が＜１１１＞結晶軸である主集合組織を有することを特徴とするＢＣＣ金属板。
【請求項３７】
請求項３４記載のＢＣＣ金属板において、上記軸が＜１００＞結晶軸である主集合組織を有することを特徴とするＢＣＣ金属板。
【請求項３８】
請求項３４記載のＢＣＣ金属板において、タンタル板であることを特徴とするＢＣＣ金属板。
【請求項３９】
請求項３４記載のＢＣＣ金属板において、ニオブ板であることを特徴とするＢＣＣ金属板。
【請求項４０】
請求項３４記載のＢＣＣ金属板において、ＢＣＣ金属スパッタリングターゲットであることを特徴とするＢＣＣ金属板。
【請求項４１】
請求項４０記載のＢＣＣ金属板において、裏当て板を取り付けたＢＣＣ金属スパッタリングターゲットであることを特徴とするＢＣＣ金属板。
【請求項４２】
請求項４０記載のＢＣＣ金属板において、タンタル板であることを特徴とするＢＣＣ金属板。
【請求項４３】
請求項４０記載のＢＣＣ金属板において、ニオブ板であることを特徴とするＢＣＣ金属板。
【請求項４４】
１次集合組織を備えた金属部材であって、該主集合組織に対して不整合または不均一な集合組織バンドの面積が０．５％未満であることを特徴とする金属部材。
【請求項４５】
請求項４４記載の金属部材において、ＢＣＣ金属部材であることを特徴とする金属部材。
【請求項４６】
請求項４４記載の金属部材において、タンタル部材、ニオブ部材、またはタンタル、ニオブまたはこれら両方を含有する合金部材であることを特徴とする金属部材。
【請求項４７】
請求項４０記載のＢＣＣ金属板において、
ａ）純度９５％以上、
ｂ）平均結晶粒径１５０μｍ以下
の少なくともいずれか一方を備えていることを特徴とするＢＣＣ金属板。
【請求項４８】
請求項４６記載の金属部材において、上記主集合組織が（１１１）主集合組織であることを特徴とする金属部材。
【請求項４９】
請求項４８記載の金属部材において、上記集合組織バンドの面積が（１００）集合組織バンドに対するものであることを特徴とする金属部材。
【請求項５０】
請求項４６記載の金属部材において、均一な（１１１）：（１００）混合集合組織を供えていることを特徴とする金属部材。
【請求項５１】
請求項４６記載の金属部材において、スパッタリングターゲット用ブランク材であることを特徴とする金属部材。
【請求項５２】
請求項４６記載の金属部材において、裏当て板を接合したスパッタリングターゲットであることを特徴とする金属部材。
【請求項５３】
請求項４６記載の金属部材において、板、ビレット、ロッド、またはディスクであることを特徴とする金属部材。
【請求項５４】
請求項４６記載の金属部材において、バンド領域が０．１％以上、０．５％未満であることを特徴とする金属部材。
【請求項５５】
請求項４６記載の金属部材において、バンド領域が０．１〜０．４％であることを特徴とする金属部材。
【請求項５６】
請求項４６記載の金属部材において、バンド領域が０．１〜０．２５％であることを特徴とする金属部材。
【請求項５７】
請求項４６記載の金属部材において、タンタル部材であることを特徴とする金属部材。
【請求項５８】
請求項５７記載の金属部材において、上記タンタル部材がスパッタリングターゲット用ブランク材であることを特徴とする金属部材。
【請求項５９】
請求項５７記載の金属部材において、上記タンタル部材が裏当て板を接合したスパッタリングターゲットであることを特徴とする金属部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タンタル製およびタンタル合金製のスパッタリングターゲットおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
スパッタリングの適用分野では、スパッタリングターゲットアセンブリは典型的にはスパッタリングターゲットと裏当て板とを含む。例えば、金属ターゲットあるいは金属ターゲットブランク材（タンタル、チタン、アルミニウム、銅、コバルト、タングステン、ハフニウムなど）を裏当て板に接合する。裏当て板は、例えば銅、アルミニウム、あるいはこれら各々の合金のような裏当て板フランジアセンブリであってよい。スパッタリングターゲットアセンブリのスパッタリング性能に影響するファクタとして、結晶粒径と、スパッタリング面に対する結晶粒の結晶方位とがある。所望の結晶粒径および結晶学的集合組織は、機械的な変形と焼鈍を組み合わせることで同時に達成できる。
【０００３】
従来、例えばタンタルに所望の金属組織を形成する方法では、鍛造、圧延、押し出し、あるいはこれらの組み合わせにより機械的な変形を行っていた。タンタルのスパッタリングターゲットを製造する従来の方法では、機械的な変形の各工程間で焼鈍を複数工程行うことによって再結晶を起こさせ、（１１１）結晶面または（１００）結晶面がスパッタリングターゲット面に平行な均一細粒組織を形成していた。
【０００４】
一例として、Michaluk et al.のアメリカ合衆国特許6,348,113に記載されている種々の実施形態のうちの１つでは、タンタル金属を９０°のクロス圧延した矩形の板を切断して円形のスパッタリングターゲットディスクを作っている。
【０００５】
Segal（アメリカ合衆国公開特許2002/0153071A1）はＦＣＣ金属用の製造方法に関する。Jepson（アメリカ合衆国公開特許2002/0112789A1）、Hormann et al.（アメリカ合衆国特許4,884,746）、Turner（アメリカ合衆国公開特許2002/0125128A1）、Zhang（アメリカ合衆国特許6,193,821）およびBroussoux et al.（アメリカ合衆国特許5615465）はスパッタリングターゲット用のタンタル板の製造方法で、種々の方法で矩形の板を作製し、これを切断して円形のディスクにしている。この方法は、高価なタンタル材料を非常に浪費している。
【０００６】
Koenigsmann et al.（アメリカ合衆国公開特許2003/0089429）は、粉末冶金法でタンタルスパッタリングターゲットを製造している。Shah et al.（アメリカ合衆国公開特許2002/0063056）は潤滑ダイを用いて直交圧延することで強い（１００）集合組織を持つタンタルスパッタリングターゲットを製造している。Segal（アメリカ合衆国特許6,238,494B1）およびSegal et al.（アメリカ合衆国特許6,348,139B1）は強い（１００）集合組織を持つタンタル円形板を製造している。この方法では、インゴットの鍛造と圧延との組み合わせで円形のタンタル板を製造している。その際、鍛造時にダイの潤滑が必要であったこと、できるだけ低温で再結晶させることで強い（１００）集合組織を持ち結晶粒径が適正で結晶学的集合組織が均一であるタンタルターゲットを製造したことが記載されている。
【０００７】
以上の従来方法はいずれも、タンタルの変形工程を中断して再結晶のための焼鈍工程を挟むことで塑性歪を低減し、それによって割れの発生を防止すると共に加工硬化を除去して加工を容易にしている。
【０００８】
また、これらいずれの方法も、円柱状のインゴットを鍛造および圧延して矩形あるいは正方形に形状変換した後、この矩形または正方形の板材を円形に切断することで、円形のスパッタリングターゲットを製造している。このように円形のインゴットを矩形にしてから再び円形に戻す形状変換は、非常に非効率であるし材料の浪費が多い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで本発明の目的の１つは、スパッタリングターゲットのような金属部材を製造する方法であって、加工熱処理を行い、望ましくは焼鈍は１回だけとして加工処理の最後に行うか、または２回として加工処理の途中の中間焼鈍と加工処理の最後の焼鈍とを行う方法を提供することである。
【００１０】
本発明のもう１つの目的は、形成工程全体を通して円形の形状を維持しつつ、スパッタリングターゲットのような円形の部材を形成する方法を提供することである。
【００１１】
本発明の更にもう１つの目的は、強い（１１１）結晶学的集合組織のような、非常に強い結晶学的集合組織を持つスパッタリングターゲットのような金属部材を提供することである。
【００１２】
本発明の上記以外の目的および利点は、以下の開示中で説明され、該開示から読み取れ、また本発明の実施例により知ることができる。本発明の目的および他の利点は、以下の開示および特許請求の範囲に記載された各構成要素とその組み合わせにより実現および達成される。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、金属板を所望厚さになるまで２圧延パス以上でクロック圧延して圧延板とする工程を含む金属の処理方法が提供される。望ましくは、金属はＢＣＣ金属であり、より望ましくはタンタルまたはニオブまたはこれら各々の合金である。
【００１４】
更に本発明によれば、円形の金属部材を製造する方法であって、円筒形の金属インゴットを処理し、その処理中に円筒形の形状が維持されるように処理する方法を提供する。
【００１５】
本発明の方法は特にスパッタリングターゲットの形成に有用である。
【００１６】
また、本発明によれば、１つまたは複数の本発明の方法で形成されたタンタル金属またはニオブ金属のような金属が提供される。
【００１７】
更に、本発明によれば、焼鈍前に約３．０以上の真歪を付与して形成したタンタルまたはニオブのスパッタリングターゲットのようなスパッタリングターゲットが提供される。
【００１８】
本発明について、以上の概括的な記載も以下の詳細な記載も単に例示および説明であって、特許請求の範囲に記載した本発明を補足説明するためのものである。
【００１９】
以下に、図面を参照して本発明を更に詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明は、スパッタリングターゲットのような金属部材を形成する方法に関する。一般に、本発明は金属のクロック圧延を用いて所望寸法の圧延金属板を得ることに関する。以下に詳細に説明するように、金属のクロック圧延によって、集合組織バンドが劇的に低減し、同時に金属の表面および厚さ全体に亘って均一細粒組織が得られる。本発明の一実施形態は、金属の処理あるいは圧延の方法であって、所望厚さになるまで金属をクロック圧延して圧延板とする工程を含む。クロック圧延は、一般に２圧延パス以上、望ましくは３圧延パス以上、例えば３圧延パスから３０あるいは４０圧延パスあるいはそれ以上で行う。所望の厚さ、集合組織の均一性、および／または結晶粒径に応じて、上記の範囲内あるいは範囲外の圧延パス回数とすることができる。金属、望ましくは本発明による処理対象とする金属は、バルブ金属、耐熱金属、ＢＣＣ金属であるが、他の金属であってよい。本発明により処理できる金属を非限定的に例示すると、タンタル、ニオブ、銅、チタン、金、銀、コバルト、およびこれら各々の合金が挙げられる。
【００２１】
本発明においては、クロック圧延は金属板のような金属部材を図２に示すように圧延機で圧延パスを行う。金属の厚さを減少させるなどの金属の変形が可能であれば、どのような従来の圧延機も用いることができる。図２に示すように、クロック圧延においては、円形のディスクのような金属材を圧延機で圧延し、次いでこの金属ディスクをある角度だけ回転させ、そして再度圧延し、次いで任意にある角度だけディスクを回転させ、そして再度圧延する。各パス後に、圧延機で負荷する力の量によって、同じあるいは異なる真歪を金属に付与することができる。図２に示した望ましいクロック圧延では、各パス後にディスクを１２０°回転させる。一般には、１２０°以外に、９０°超または９０°未満の回転角を用いることができる。すなわち、各パス後の回転角は１００°以上、例えば１００°〜１７０°であってよい。各パス後の回転角は同じでも異なってもよい。例えば、図２に示す場合は、各パス後に金属ディスクを１２０°回転させる。別の形として、第１パス後に１２０°回転させ、第２パス後に１００°回転させ、任意の第３パス後に１２０°、１５０°、等々回転させる形でもよい。このように回転角は一般に９０°超にして単なる横方向の圧延にならないようにする。更に望ましくは、各圧延パス後に、部材の回転は横方向に対して１０°以内にならないようにする。クロック圧延の際、金属部材を裏返して更にクロック圧延してもよい。新たな圧延パスセットの開始前にある角度だけ金属を改定することも任意である。すなわち、図２を参照すると、１２０°クロック圧延を用いた場合、３パス後に、同図中に１で示した最初の開始位置で圧延する替わりに、次回の圧延では、金属を１０°〜１１０°のようなある角度回転させてから次のパスを行うことにより、ディスクなどの部材内で圧延方向が分散するようにしてもよい。
【００２２】
少なくとも１つの実施形態においては、圧延前または圧延工程の途中で焼鈍はしない。圧延は室温で行うことができる。変形過程で、加工材料の温度は上昇することがあり、例えばタンタルでは１５０°に達することがある。圧延前に加工材料を例えば４０℃〜３５０℃に加熱して圧延機に必要な力を低減することができる。所望厚さを得るまでの圧延パス回数を多くすると、圧延された部材の均一性が高まる。圧延パス当たりの真歪は典型的には約０．３〜約０．０４の範囲である。
【００２３】
クロック圧延を行う金属板は、ビレットを鍛造などにより機械的に変形させて作製することができる。
【００２４】
１つの実施形態においては、クロック圧延によって付与される真歪は約１．０〜約２．０、より望ましくは約１．２〜約１．９、またはその範囲内のどんな値であってもよい。更に、個々の圧延パスで付与される真歪は約０．０２〜約０．５であってよい。この範囲より下または上の真歪であってもよい。
【００２５】
前述したように、クロック圧延において、金属板の一面をクロック圧延した後に、金属板の他面をクロック圧延することもできる。一面と他面とでクロック圧延のパス回数は同じでも異なっていても同程度でもよい。
【００２６】
金属板を得るための鍛造は望ましくは軸鍛造である。この鍛造により、少なくとも１つの実施形態においては、約０．７５〜約２．０の真歪が付与される。ただし真歪値はこの範囲より上でも下でもよい。鍛造するビレットはビレット径に対するビレット長の比が約３以下であってよい。鍛造によって付与する真歪は約０．８〜約１．４であることが望ましい。
【００２７】
ビレットは金属インゴットを所望の直径に押し出しまたはスエージングして押し出しインゴットまたはスエージインゴットとして得ることができる。インゴットは市販品であってよい。インゴットはMichaluk et al.（アメリカ合衆国特許6,348,113）（ここで引用したことにより本願の開示として取り込む）の教示により準備することができる。この方法は、高純度タンタル金属を変形処理に適した形状に直接鋳込む方法や、電子ビーム溶解によりスラブを形成する方法も含んでいる。押し出しまたはスエージしたインゴットを適宜切断して、上述したように鍛造のような次の処理のためのサイズのビレットにすることもできる。次いで、押し出しまたはスエージしたインゴットを切断して、板としての所要体積が得られるような体積にする。例えば、厚さ０．５インチ、直径１０インチの金属板が必要な場合には、直径４インチで長さが３．１２インチより若干長いビレットを用いることができる。ビレットの切断は、水ジェット切断、ＥＤＭ、鋸切断、旋盤での旋削など、従来の方法で行うことができる。次工程での成形処理中に表面疵が進行しないように十分にビレット表面の仕上げを行いさえすれば、ビレットの切断方法は本発明の方法に特に影響はない。金属インゴットの出発直径は特に限定する必要はなく、望ましくは約７インチ以上、例えば約７インチ〜約１３インチ、またはそれ以上である。押し出しまたはスエージング後に、押し出しまたはスエージされたインゴットは、例えばビレットとして、直径が約３インチ〜約７インチ、より望ましくは約３インチ〜約６インチ（例えば、４インチ、５インチ、６インチなど）であってよい。インゴットの出発直径は、これ以外に、１０インチ〜１２インチ、８インチ〜１０インチ、６インチ〜８インチであってよい。出発材料であるインゴットを押し出しまたはスエージする際、少なくとも1つの実施形態においては、押し出しまたはスエージにより付与される真歪は約０．５〜約２．０（例えば、０．７７〜１．５８など）である。その他のインゴットサイズおよびビレットサイズを用いても良い。ディスクの結晶粒径と結晶学的方位均一性は直径１１インチのインゴットを用いることにより向上するので、スパッタリングターゲットの製法には望ましい。インゴットの出発直径が３〜６インチのオーダーなら、押し出しまたはスエージングによる処理は必要ない。押し出しまたはスエージングは室温（１０℃〜３５℃）で行うことができる。押し出しまたはスエージングは約３５℃より高温、例えば４０℃〜３５０℃で行うこともできる。
【００２８】
押し出しまたはスエージング後の焼鈍をしない処理も可能である。しかし、押し出しまたはスエージング後に焼鈍しないと、押し出しまたはスエージ後、鍛造および圧延の前に焼鈍した場合に比べて結晶粒組織および結晶方位の均一性が低い。
【００２９】
次いでプレス機を用い、適正な体積のビレットをビレット軸方向に鍛造する。直径４〜６インチのタンタルビレットのプレス加工に用いる典型的なプレス力は約５０００トンである。ビレットのプレス加工は典型的には室温で行う。しかし、タンタルビレットのプレス加工を４０℃〜３５０℃のような高温で行うことも可能である。プレス鍛造したビレットは焼鈍してもよいし、焼鈍を省略しても良い。
【００３０】
プレス鍛造ビレットを検査する。表面疵が発見されたら、研磨または機械加工で除去する。更に、ビレットを研磨により面取りして圧延し易くすると、最終的に得られる部材の品質が一般に高まる。ただし、良品の製造に疵取り研磨と面取りが必須ということではない。プレス鍛造時の真歪は例えば０．９４〜１．３８の範囲である。
【００３１】
プレス鍛造ビレットを鍛造上がりのビレット高さから圧延して最終的な板厚にまで変形させることができる。1つの望ましい実施形態においては、圧延の際、各圧延パス後に圧延材料を１２０°回転させる。３パス後に圧延材料を裏返し、更に３パス圧延を行い、その際にも各パス後に１２０°回転させる。一回目の３パス圧延と二回目の３パス圧延とは、角度を３０°ずらして行う。図２に、一回目の圧延パスと二回目の圧延パスの関係を示す。この処理を繰り返して板厚を所望値にする。この圧延処理は直交方式ではなく、全ての結晶粒を活性化して集合組織バンドの生成傾向を低減する。図８に、タンタル圧延板の集合組織バンドの生成レベルが１２０°クロック圧延によって変わることを示す。超音波操作法で検査すると、１２０°クロック圧延を用いて製造した板では集合組織バンドは全く観察されないのに対して、直交圧延で製造した板では非常に顕著な集合組織バンドが観察される。
【００３２】
任意の処理として、本明細書で説明している処理プロセスのどの工程の前および／または後に、１工程以上の焼鈍を行ってよい。１つの実施形態においては、圧延板（クロック圧延による）は焼鈍してよいが、処理プロセス全体に先立って焼鈍をしない方が望ましい。すなわち、インゴット、ビレット、ビレットを鍛造した板には焼鈍を施さない。
【００３３】
任意の処理として、押し出しまたはスエージングしたインゴットに焼鈍を施してもよい。押し出しまたはスエージング後の焼鈍および圧延後の焼鈍によって、ディスクの結晶粒サイズおよび結晶学的方位の均一性が高まる傾向がある。しかし、許容可能な結晶粒径および結晶学的集合組織の均一性が得られるのは、圧延後に焼鈍した場合のみである。
【００３４】
スエージング後に焼鈍を行う場合は、スエージングしたインゴットの切断前または切断後に焼鈍を行う。どちらを選択するかは、スエージングした長いインゴットと切断した小さいビレットのどちらを焼鈍炉が収容できるかによる。
【００３５】
タンタルを焼鈍する場合、真空焼鈍により、完全再結晶が起きるのに十分な温度および時間で行うことが望ましい。前述したように、タンタルインゴットおよびそれを成形した種々の形状のインゴットを、処理プロセスのどの工程の前および／または後で１回または２回以上の焼鈍を行うことができる。
【００３６】
焼鈍は、少なくとも部分再結晶および／または結晶粒径の変化を起こす温度のような従来の焼鈍温度で行うことができる。
【００３７】
焼鈍は、適当な温度で行うことができる。例えば、真空中で、約９７５℃〜約１１２５℃で焼鈍を行うことができる。他の温度でもよい。加熱速度は１０〜５０℃／ｍｉｎ（例えば３０℃／ｍｉｎ）であってよい。鍛造後に焼鈍すると、ディスクの結晶粒径および結晶学的方位の均一性が高まる傾向があるので、スパッタリングターゲットの製造には望ましい。しかし、製品の要求を満たすためにこの付加的な焼鈍が必要ない場合もある。その場合には、中間焼鈍を省略してもよい。
【００３８】
鍛造と圧延の組み合わせにより付与される真歪は約２〜約３．５の範囲であってよい。しかし、この範囲の上または下の真歪値になることもある。
【００３９】
本発明の方法においては、少なくとも１つの実施形態においては、処理プロセス全体により付与される真歪圧下量は、３．０以上、４．０以上、または例えば約３．０〜約６．０である。
【００４０】
本発明のもう１つの実施形態においては、本発明は円形の金属部材を作成する方法であって、処理プロセス全体に亘って円柱状を維持するように、円柱状の金属インゴットを処理する。すなわち、押し出しまたはスエージング、鍛造、圧延、および例えば研磨、加工熱処理などの工程を含む処理プロセス全体に亘って、円形の出発材料の円形形状を維持する。
【００４１】
本発明の一実施形態において、スエージング、押し出し、回転鍛造、無潤滑の据え込み鍛造をクロック圧延と組み合わせて用い、非常に強い（１１１）結晶学的集合組織を持つ円形の金属ターゲットディスクを作製することができる。強い（１１１）集合組織以外にも、非常に強い（１００）などの結晶学的集合組織を得ることができる。
【００４２】
本発明の１つの特徴として、変形を中断して焼鈍を行わないので、焼鈍前に付与される真歪が大きい。例えば、真歪が４．４３以上であるタンタルを焼鈍なしで得ることができる。望ましくは、全ての機械的な変形の後にのみ焼鈍を行い、ターゲット形成工程で１回または２回のみの焼鈍を行う。焼鈍の際に金属を酸素および窒素から保護するために、真空雰囲気やアルゴン雰囲気を用いるか、金属中への酸素および窒素の拡散を防止する保護層で金属を被覆する必要があるので、焼鈍は高価な処理プロセスである。特にタンタルやニオブの場合にはこのことが当てはまる。酸素および窒素はタンタルの延性を低下させて機械的性質に悪影響を及ぼすことが知られている。したがって、製造プロセスから焼鈍を排除することによって、金属の品質が向上し（例えば酸素および窒素による汚染が減少）かつスパッタリングターゲットの製造コストも低減する。
【００４３】
本発明においては、円柱状のインゴットを、処理プロセス全体を通して円柱状に維持しつつ処理する。円形形状を維持することにより、材料歩留まりが少なくとも２倍に向上する。
【００４４】
本発明においては、タンタル金属およびその他のＢＣＣ金属は、純度９５％以上のような純度であってよい。望ましくは、金属の純度は９９％以上、９９．９５％以上、９９．９９％以上、９９．９９５％以上である。この純度であればガスは排除される。望ましくは、タンタル金属およびその他のＢＣＣ金属は、純度９９．９９９％以上であり、約９９．９９５％〜約９９．９９９％またはそれ以上である。他の範囲として、約９９．９９８％〜約９９．９９９％、約９９．９９９％〜約９９．９９９２％、約９９．９９９％〜約９９．９９９５％としてもよい。
【００４５】
本発明は更に、ＢＣＣ金属またはタンタル金属を含む合金、例えばタンタル基合金またはその他、１合金成分としてＢＣＣ金属またはタンタルを含有する合金に関する。本明細書中で望ましい金属としてタンタルを記載しているが、本願全体として本明細書の記載は他のバルブ金属またはＢＣＣ金属にも適用される。
【００４６】
タンタル金属中に存在する不純物（例えば金属不純物）は０．００５％以下であり、典型的にはニオブ、モリブデン、タングステンなど、タンタル中の溶解度が無限大であるＢＣＣ耐熱金属である。例えば、金属不純物、例えばＴａ中の不純物としてのＭｏ、Ｗ、Ｎｂは、各々または合計で、５０ｐｐｍ以下、２０ｐｐｍ以下、１０ｐｐｍ以下、更に合計で５ｐｐｍ以下とすることができる。酸素含有量は１００ｐｐｍ未満、５０ｐｐｍ未満、２０ｐｐｍ未満、１０ｐｐｍ未満とすることができる。他の全ての元素不純物（放射性元素を含む）は金属であれ非金属であれ合計で２００ｐｐｍｍ未満、５０ｐｐｍ未満、２５ｐｐｍ未満、１０ｐｐｍ未満、それ以下とすることができ、任意にＯ２５０ｐｐｍ以下、Ｎ２２５ｐｐｍ以下、炭素２５ｐｐｍ以下とするか、これらの組み合わせとすることができる。
【００４７】
タンタル金属およびその合金は、最終的な用途、例えばスパッタリング用として有利な集合組織を持つことが望ましい。任意な一形態として、本発明の各実施形態において、金属の表面および／または厚さ全体に亘って集合組織が均一である。望ましくは、タンタル金属またはその合金で形成したスパッタリングターゲットでスパッタリングを行った場合、本発明のタンタル金属の集合組織を持つスパッタリングターゲットは、スパッタリングが容易であり、スパッタリングし難い領域がほとんど無い。また、本発明のタンタル金属の集合組織を持つスパッタリングターゲットは、スパッタリングによるエロージョンが非常に均一に発生するので、スパッタリングにより形成された薄膜も均一になる。スパッタリングが容易なスパッタリングターゲットが得られる集合組織の一つは、異種の集合組織が混合して均一に分布している。
【００４８】
タンタル金属が微細な集合組織を持つことが望ましい。一つの実施形態として、集合組織は、タンタルの厚さ増分５％毎の（１００）ピーク強度が約１５ランダム（ランダム集合組織の約１５倍）未満であり、かつ／または、同じ厚さ増分毎の（１１１）：（１００）中心ピーク強度の自然対数（Ｌｎ）比が約−４．０より大（すなわち、−４．０、−３．０．−２．０、−１．５、−１．０など）であるか、または、上記の（１００）中心ピーク強度と上記の比の両方である。中心ピーク強度は望ましくは約０ランダム〜約１０ランダム、より望ましくは約０ランダム〜約５ランダムである。その他の（１００）中心ピーク強度範囲として、非限定的には、約１ランダム〜約１０ランダム、約１ランダム〜約５ランダムである。また、（１１１）：（１００）中心ピーク強度の対数比は約−４．０〜約１５、より望ましくは約−１．５〜約７．０である。対数比の他の適切な範囲は、非限定的には、約−４．０〜約１０、約−３．０〜約５．０である。最も望ましくは、本発明のタンタル金属は、（１００）増分強度と増分中心強度の（１１１）：（１００）比とについて結晶粒径および望ましい集合組織を備えている。集合組織の評価に用いる方法および装置については、Adams et al., Materials Science Forum, vol.157-162 (1994), pp. 31-42、Adams et al., Metallurgical Transactions A, vol.24A, April 1993-No.4, pp.819-832、Wright et al., International Academic Publishers, 137 Chaonei Dajie, Beijing, 1996 (“Texture of Material: Proceedings of the Eleventh International Conference on Textures of Materials)、Wright, Journal of Computer-Assisted Microscopy, vol.5, No.3 (1993)に記載されており、ここで引用したことによりこれら全てを本願に取り込む。一実施形態において、タンタル金属は、ａ）平均結晶粒径が約５０μｍ以下であり、ｂ）（１００）極点図が中心ピーク強度が約１５ランダム以下である集合組織を持ち、またはｃ）（１１１）：（１００）中心ピーク強度の対数比が約−４．０より大であり、またはこれらの組み合わせである。
【００４９】
本発明においては、集合組織は（１１１）:（１００）混合組織のような混合集合組織でもよく、この混合集合組織は望ましくは板またはターゲットの表面および／または厚さ全体に亘って均一である。もう一つの実施形態においては、タンタルは望ましくは（１１１）主集合組織または混合集合組織および（１００）最小集合組織をスパッタリングターゲットの厚さ全体に亘って持ち、望ましくは（１００）集合組織バンドを実質的に含まない。
【００５０】
また、インゴット、板、仕上がり板、ターゲットの集合組織について、スラブのような材料の表面および／または厚さ全体に亘って、（１００）主集合組織、（１１１）主集合組織、（１１１）：（１００）混合集合組織であってよい。望ましくは、スラブのような材料は、集合組織が（１１１）主集合組織または（１１１）：（１００）混合集合組織である場合には、（１００）集合組織バンドのような集合組織のバンド発生は起きない。
【００５１】
タンタル金属の結晶粒径によって、スパッタリングエロージョンおよびスパッタリングの容易性が影響を受ける可能性がある。本発明のタンタル金属は結晶粒径に限定はない。望ましくは、本発明のタンタル金属は、平均結晶粒径が約１０００μｍ以下、７５０μｍ以下、５００μｍ以下、２５０μｍ以下、１５０μｍ以下、１００μｍ以下、７５μｍ以下、５０μｍ以下、３５μｍ以下、２５μｍ以下、２０μｍ以下、１５μｍ以下、または１０μｍ以下である。本発明のタンタル金属に適した他の結晶粒径は、平均結晶粒径約５μｍ〜約１２５μｍであってよい。望ましくは、本発明のタンタル金属は平均結晶粒径が約１０μｍ〜約１００μｍであってよい。本発明のタンタル金属は平均結晶粒径が約５μｍ〜約７５μｍ、２５μｍ〜７５μｍ、約２５μｍ〜約５０μｍであってよい。更に、一実施形態においては、結晶粒の９５％が粒径１００μｍ以下である。これは１サンプルについて５００個の結晶粒を測定して求めることができる。望ましくは、結晶粒の９５％が粒径７５μｍ以下である。また、結晶粒の９５％が平均結晶粒径の３倍未満であってよい。
【００５２】
本発明の一実施形態においては、本発明の方法による製造物は、望ましくは板またはスパッタリングターゲットであって、その結晶粒の９５％以上が１００μｍ以下、７５μｍ以下、５０μｍ以下、３５μｍ以下、または２５μｍ以下である。より望ましくは、本発明の方法による製造物は、板またはスパッタリングターゲットであって、その結晶粒の９９％以上が１００μｍ以下、７５μｍ以下、５０μｍ以下、より望ましくは３５μｍ以下、更に望ましくは２５μｍ以下である。望ましくは、結晶粒の９９．５％以上が上記の望ましい粒組織であり、より望ましくは結晶粒の９９．９％以上が上記粒組織すなわち１００μｍ以下、７５μｍ以下、５０μｍ以下、より望ましくは３５μｍ以下、更に望ましくは２５μｍ以下である。このように細粒の高いパーセンテージを求めるには、結晶粒組織を示す顕微鏡写真上でランダムに選択した５００個の結晶粒を測定することが望ましい。
【００５３】
少なくとも１つの実施形態においては、板（あるいはスパッタリングターゲット）は表面にマーベライジングを実質的になしに製造できる。ここで実質的になしとは、望ましくは板あるいはスパッタリングターゲットの表面積の２５％以下がマーベライジングなし、より望ましくは板またはスパッタリングターゲットの表面積の２０％以下、１５％以下、１０％以下、５％以下、３％以下、または１％以下がマーベライジングなし、ということを意味する。典型的には、マーベライジングは、主集合組織とは異なる集合組織を含む斑点状の大きなバンド領域である。例えば、（１１１）主集合組織が存在する場合、斑点状の大きなバンド領域を成すマーベライジングは、板またはターゲットの表面上の（１００）集合組織である可能性があり、板またはターゲットの厚さを貫通して存在する可能性がある。一実施形態においては、斑点状の大きなバンド領域は一般的には板またはターゲットの全表面積の０．２５％以上を占める斑点である可能性があり、更には、単一の斑点で０．５％以上、１％以上、２％以上、３％以上、４％以上、または５％以上である可能性がある。板またはターゲットの表面にマーベライジングとして識別される斑点は複数個存在する可能性がある。本発明によれば、個々のマーベライジング斑点のサイズを低減すると共に、マーベライジング斑点の個数を低減する。すなわち本発明はマーベライジングの発生する面積を最小化すると共に、マーベライジング斑点の個数を減少させる。板またはターゲットの表面のマーベライジングを低減することにより、板またはターゲットは更に加工する必要もないし、更に焼鈍する必要もない。また、マーベライジングの影響を除去するための板またはターゲットの表面除去も必要ない。
【００５４】
アメリカ合衆国特許出願60/545617（この引用により全体を本願中に取り込む）に記載の非破壊バンド試験を用いた結果、本発明の種々の実施形態においてバンド発生が非常に少ないことが定量的に確認できた。すなわち一形態においては、本発明は集合組織バンド面積が非常に少ない板のような金属部材をも提供する。この集合組織バンド面積はアメリカ合衆国特許出願60/545617に記載された自動超音波検出法などの手段により求めることができる。詳しくは、検出法で得られた測定データに基づいて、金属部材の一部または全体の面積中のバンドのパーセンテージが直ちに求まる。本発明は、合計バンド面積が１％未満（検出時に走査した全面積を基準とする）である金属部材をも提供する。このバンド面積のパーセンテージは金属部材の厚さ内部のみについてのバンド面積パーセンテージである。したがって、少なくとも一実施形態においては、このバンド面積パーセンテージには、表面をエッチングした状態またはエッチングしない状態で見える表面の集合組織バンドは含まれない。超音波検出法でバンド面積パーセンテージを求める1つの方法は、集合組織バンドに対応する閾値を満たす画素（ピクセル）の個数に基づくことができる。すなわち、超音波検出法においてバンドを有する既知の対象物を用いて較正（キャリブレーション）を行なって、バンドの存在を明示するかバンドの存在と相関する閾値を求めることができる。この較正ができたら、試験対象とする金属部材に超音波検出を行ない、閾値（例えば信号強度）を満たす画素の個数がバンド面積に対応するものと考える。すなわち、特定の金属部材またはその一部を測定した際に、予め定めた閾値を満たす画素の個数を集合組織バンドの面積の検出値として取り扱い、この画素個数を全画素個数と比較してバンド面積のパーセンテージを求める。超音波検出法で用いる分解能は特に限定しないが、分解能が高くなるほど、求まるバンド面積パーセンテージの精度が高まる。例えば、分解能は５ｍｍ以下、望ましくは１ｍｍ以下であってよい。有効な分解能は、画素分解能については約０．５ｍｍ〜１．５ｍｍである。集合組織バンドの面積パーセンテージは、１％未満、例えば０．１０以下から０．９５％まで、望ましくは約０．１０〜０．５０％、または０．５０％未満、または０．１０〜０．４５％、または０．１０〜０．２５％、または０．１〜０．４％である。本発明においては上記の方法で観測される集合組織バンドの最低値以下を許容する。キャボット社の従来法の幾つかでは、作製された金属は集合組織バンドは０．６〜０．７％以上のオーダーであったのに対して、本発明で得られる金属は集合組織バンド０．６％未満を安定して確保できる。
【００５５】
本発明の少なくとも一実施形態においては、金属板またはターゲットのような金属部材について軸集合組織が得られる。望ましくは、軸集合組織は軸対称集合組織である。例えば、金属部材の軸集合組織は、主軸が＜１１１＞または＜１００＞であってよい。当業者によっては用語「優先」集合組織または「強い」集合組織という表現で、主軸が＜１１１＞または＜１００＞である結晶学的集合組織を規定している。例えば、図３にはスパッタリングターゲットとしてのタンタル板の軸集合組織の一例を示す。図３には強い＜１１１＞軸の結晶学的主集合組織が示されている。アメリカ合衆国特許6,348,113B1に「集合組織」および関連用語が説明されている。＜１１０＞極および＜１００＞極はランダムに分布し、かつ／または、＜１１１＞軸周りの回転によって図３に示すように軸対称集合組織を備えている。本発明は更に、金属板またはスパッタリングターゲットのような金属部材であって、ＢＣＣ金属部材（例えば、ＢＣＣ金属板またはＢＣＣ金属スパッタリングターゲット、例えばタンタル、ニオブ、またはこれら各々の合金）で、主軸が＜１１１＞または＜１００＞である軸集合組織を持っている金属部材をも提供する。従来の加工熱処理の直交圧延により作製されたタンタル板を示す図９を図３と比較すると、＜１１０＞極および＜１００＞極の分布はランダムではなく、かつ／または、非対称であって、（１１１）結晶学的主集合組織に対する配向性が強い。このようにある方位への配向性が強くなると、ターゲットのスパッタリングが不均一になる。そのため本発明の一実施形態では、主軸が＜１１１＞または＜１００＞であることが判る図３の極点図を持つ金属部材をも提供する。図３は（１１１）結晶学的主集合組織を示すが、軸が（１００）結晶学的主集合組織である類似の極点図もあり得る。この軸集合組織は、ＢＣＣ金属圧延板またはＢＣＣ金属スパッタリングターゲットのような圧延板には特に重要である。また、本発明によれば、結晶学的主集合組織ではない集合組織の軸が非常に弱く、（１１１）または（１００）結晶学的主集合組織の軸が非常に強い集合組織が得られる。
【００５６】
望ましくは、金属は部分再結晶しており、より望ましくはタンタル金属の約８０％以上が性結晶しており、更に望ましくはタンタル金属の約９８％以上が再結晶している。最も望ましくは、タンタル金属は完全再結晶している。例えば、タンタル製造物は望ましくは均一な混合集合組織または（１１１）主集合組織を、表面に、厚さ全体に亘って、またはこれら両者に備えており、これは後方散乱電子回折（ＥＢＳＤ）、例えばＴＳＬの方位画像顕微鏡（Orientation Imaging Microscope）などの手段によって測定される。上記のタンタルは結晶粒径が非常に微細であり、かつ／または、均一に分布している。タンタルは平均再結晶粒径が、望ましくは約１５０μｍ以下、より望ましくは約１００μｍ以下、更に望ましくは約５０μｍ以下である。適正な平均結晶粒径は、約５〜約１５０μｍ、約３０〜約１２５μｍ、約３０〜約１００μｍであってよい。
【００５７】
望ましくは、本発明のタンタルから作製されるスパッタリングターゲットの寸法は、厚さが約０．０８０〜約１．５０インチ、表面積が約７．０〜約１２２５平方インチである。他の寸法でも良い。
【００５８】
真歪の定義は、ｅ＝Ｌｎ（ｔｉ／ｔｆ）であり、ｅは真歪または真歪圧下量、ｔｉは板の初期厚さ、ｔｆは板の最終厚さ、Ｌｎは自然対数である。
【００５９】
本発明の金属板は、スパッタリング後または化学的エロージョン後の光沢斑点が表面積の７５％未満、例えば５０％未満、あるいは２５％未満である。望ましくは、スパッタリング後または化学的エロージョン後の光沢斑点が表面積の１０％未満である。より望ましくは、スパッタリング後または化学的エロージョン後の光沢斑点が表面積の５％未満、最も望ましくは１％未満である。
【００６０】
アメリカ合衆国特許6,348,113に記載されているような薄膜、キャパシタ容器、キャパシタの形成などの種々の用途に本発明は適用できる。また、アメリカ合衆国特許6,348,113に記載されている用途、金属部材、形状、ターゲット部品、粒径、集合組織、純度も本発明に適用できる。
【００６１】
本発明の金属板は極方位（Ω）の全体変化がある。極方位の全体変化はアメリカ合衆国特許6,462,339に従って板の厚さ全体に亘って測定できる。極方位の全体変化の測定方法は多結晶材料の集合組織均質性を定量化する方法と同じでよい。この方法は、基準の極方位を選定し、走査方位像顕微鏡を用いて材料またはその一部分の厚さ断面を増分区間毎に走査して厚さ全体に亘って各増分区間内の多数の結晶粒の実際の極方位を各々求め、材料またはその一部分の多数の結晶粒の個々の実際の極方位と基準の極方位との方位差をそれぞれ求め、厚さ全体に亘って測定された個々の結晶粒について基準の極方位からの方位差の値を割り当て、厚さ全体に亘って個々の測定増分区間の平均方位差を求め、そして厚さ全体に亘って個々の測定増分区間の平均方位差の二次微分を求めることにより集合組織バンドを求める。この方法を用いて、本発明の金属板の厚さ全体に亘って測定した極方位の全体変化は約５０／ｍｍ未満であってよい。アメリカ合衆国特許6,462,339に従って本発明の金属板の厚さ全体に亘って測定した極方位の全体変化は、望ましくは約２５／ｍｍ未満、より望ましくは約１０／ｍｍ以下、最も望ましくは約５／ｍｍ以下である。
【００６２】
本発明の金属板は、アメリカ合衆国特許6,462,339に従って厚さ全体に亘って測定した集合組織変曲のスカラー重度（Λ）を有する。この方法は、基準の極方位を選定し、走査方位像顕微鏡を用いて材料またはその一部分の厚さ断面を増分区間毎に走査して厚さ全体に亘って各増分区間内の多数の結晶粒の実際の極方位を各々求め、材料またはその一部分の多数の結晶粒の個々の実際の極方位と基準の極方位との方位差をそれぞれ求め、厚さ全体に亘って測定された個々の結晶粒について基準の極方位からの方位差の値を割り当て、厚さ全体に亘って個々の測定増分区間の平均方位差を求め、そして厚さ全体に亘って個々の測定増分区間の平均方位差の二次微分を求めることにより集合組織バンドを求める。板の厚さ全体に亘って測定した本発明の基板の集合組織変曲のスカラー重度は約５／ｍｍ未満であってよい。アメリカ合衆国特許6,462,339に従って厚さ全体に亘って測定した集合組織変曲のスカラー重度は、望ましくは約４／ｍｍ未満、より望ましくは約２／ｍｍ未満、最も望ましくは約１／ｍｍ未満である。
【００６３】
本発明のタンタル金属および他の金属は種々の分野で使用できる。例えば、スパッタリングターゲットの作製や、化学エネルギー（ＣＥ）兵器弾頭の金属含有ライナーの作製に用いることができる。キャパシタのアノードの作製や、抵抗薄膜層の作製に用いることもできる。本発明のタンタル金属は、従来タンタル、ニオブ、その他のＢＣＣ金属が用いられていた部材および部品に用いることができ、また、従来のタンタルを含む種々の部材および部品を作製する方法および手段は、高純度タンタル金属を種々の部材および部品に作製する場合も含めて、本発明に適用できる。例えば、アメリカ合衆国特許5,753,090および5,522,535に記載されている裏当て板のようなスパッタリングターゲットの作製に用いる付随的な手段も本発明に適用可能であり、上記特許はここで引用したことにより全体を本願中に取り込む。
【００６４】
スパッタリング用途の分野では、典型的にはスパッタリングターゲットアセンブリはスパッタリングターゲットと裏当て板を備えている。例えば、金属ターゲットまたは金属ターゲットのブランク材（例えばタンタル、チタン、アルミニウム、銅、コバルト、タングステンなど）を、銅、アルミニウム、またはこれら各々の合金のような裏当て板フランジアセンブリのような裏当て板に接合する。ターゲットと裏当て材との熱的および電気的な接触を十分に行なうために、両者の接合は一般に爆発接合、摩擦溶接、摩擦ろう付け、半田付け、ろう付け、拡散接合、締め付け、エポキシセメントなどにより行なう。
【００６５】
裏当て板の例としては、非限定的に、銅、銅合金、タンタル、ニオブ、コバルト、チタン、アルミニウム、およびこれら各々の合金、例えばＴａＷ、ＮｂＷ、ＴａＺｒ、ＮｂＺｒ、ＴａＮｂ、ＮｂＴａ、ＴａＴｉ、ＮｂＴｉ、ＴａＭｏ、ＮｂＭｏなどが挙げられる。スパッタリングターゲットも裏当て材も材質は限定しない。ターゲット材料および裏当て板材料の厚さはスパッタリングターゲットの形成に適した厚さであれば特に限定しない。すなわち、ターゲット材料および裏当て板あるいはその他の裏当て板に接合する金属板は用途に適した厚さでよい。裏当て板およびターゲット材料に適した厚さとして、非限定的に、裏当て板の厚さとしては約０．２５以下から約２インチまで、あるいはそれ以上、またターゲット材料の厚さとしては約０．０６０インチから約１インチまで、あるいはそれ以上である。本発明において、裏当て板に接合するターゲット材料は例えばアメリカ合衆国特許6,348,113に記載されているような従来のターゲット用材料であってよく、該特許はここで引用したことにより本願中に全体を取り込む。スパッタリングターゲットは従来工業的に用いられていたように中間層を備えていて良い。また、スパッタリングターゲットは中空陰極マグネトロンスパッタリングターゲットであってよいし、固定式または回転式の永久磁石または電磁石を備えたプレーナマグネトロンアセンブリのような他の形態のスパッタリングターゲットであってよい。純度、集合組織、および／または結晶粒径その他のパラメータとしてサイズなどは、本発明において必須の要件ではない。本発明は、スパッタリングターゲットおよび裏当て板のタイプを限定しないスパッタリングターゲットアセンブリを作製する方法を提供する。
【００６６】
少なくとも一実施形態においては、本発明の実施に用いるターゲット部材は２面、すなわちスパッタリング面とその反対側の接合面とを備えている。本発明の裏当て部材は２面、すなわちボンディング面とその反対側の背面とを備えている。本発明のスパッタリングターゲットアセンブリは、ターゲット部材の接合面を裏当て部材の接合面に固定することで形成すなわちアセンブル（組立て）される。ターゲット部材の接合面と裏当て部材の接合面との間に界面が規定される。両者の接合面同士の固定のされ方は、裏当て部材の接合面の表面とターゲット部材の接合面の表面とが実質的に接触した状態でもよいし、実質的に接触してない状態でもよいし、両者間の一部に中間層が介在した状態でもよい。この中間層を接合媒体としてもよい。中間層は箔、板、ブロックなどの形状であってよい。中間層に用いる材料として、非限定的に、ジルコニウムなどが従来から工業的に用いられ、チタンがアメリカ合衆国特許5,863,398およびアメリカ合衆国特許6,071,389に記載され、アルミニウム、銀、ニッケル、およびこれら各々の合金がアメリカ合衆国特許5,693,203に記載され、グラファイトがアメリカ合衆国特許6,183,613に記載されており、これらはここで参照したことにより全て本願に取り込む。
【００６７】
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。
【実施例】
【００６８】
本発明の方法により数種類のサンプルを製造した。以下にその詳細を説明する。
【００６９】
サンプルＡは、先ず直径１１インチのタンタルインゴットを直径５インチまでスエージングし、次いでこのスエージインゴットを１０５０℃で２時間焼鈍した。次いでこの焼鈍したスエージインゴットを切断してビレット（高さ３．２４インチ）とした。ビレットを鍛造して高さ１．２６インチとした。鍛造したビレットを、９パス〜２７パスでクロック圧延して最終厚さ０．３６インチとした。圧延したビレットを１０５０℃で２時間焼鈍した。これにより得られたターゲットディスクは、最終焼鈍前の真歪が約２．１９、平均結晶粒径が３０μｍであり、結晶粒の約７７％は（１１１）面が板面に平行に配向している。
【００７０】
サンプルＡの別の製造方法として、スエージング後の焼鈍を省略した。この場合、最終焼鈍前の合計真歪は２．９８、平均結晶粒径は３０μｍであり、結晶粒の７７％は（１１１）面が板面に平行に配向していた。
【００７１】
他の例として、サンプルＢは、直径１１インチのＴａインゴットを直径５インチまでスエージングし、切断してビレット（長さ５．２９インチ）とし、１０５０℃で２時間焼鈍した。焼鈍したビレットを鍛造して高さ２インチとし、クロック圧延により最終厚さ０．５５インチとした。圧延後、ディスクを１０５０℃で２時間焼鈍し、トリミングして最終直径１５．５インチとした。この場合、最終焼鈍前の真歪は２．２６であった。焼鈍後、得られた部材は、平均結晶粒径が６３μｍで、結晶粒の６１％は（１１１）面が板面に平行に配向していた。
【００７２】
もう1つ別の例として、サンプルＣは、直径８インチのインゴットを直径５インチまでスエージングし、切断してビレット（高さ５．７６インチ）とし、１０５０℃で２時間焼鈍した。焼鈍したビレットを鍛造して高さ１．７５インチとし、クロック圧延により最終厚さ０．３６インチとした。圧延後、ディスクを１０５０℃で２時間焼鈍し、トリミングして最終直径２０インチとした。焼鈍後、得られた部材は、平均結晶粒径が５０μｍで、結晶粒の７５％は＜１１１＞方向が板面の法線に平行（１０°以内）に配向していた。
【００７３】
もう1つの別の例として、サンプルＤは、直径１１インチのインゴットを直径６インチまでスエージングし、切断して長さ６．４インチのビレットとし、次いで鍛造して高さ１．９４インチとした。鍛造したビレットを９パス〜２７パス、各パス間の回転角１２０°でクロック圧延して最終厚さ０．４インチとした。クロック圧延した板を１０５０℃で2時間真空焼鈍し、次いで板を切断して直径２４インチのディスクとした。この場合、得られた部材は、最終焼鈍前の真歪が３．０３であった。焼鈍後、得られた部材は、平均結晶粒径が３４μｍで、結晶粒の９５％は＜１１１＞方向が板面の法線に平行に配向していた。
【００７４】
サンプルＤの別の製造方法として、直径１１インチのインゴットを直径５インチまでスエージングし、切断して長さ９．２２インチのビレットとし、１０５０℃で２時間焼鈍した。この焼鈍の際に、真空を用いるか、ガラス保護被膜などの耐酸化被膜でビレットを被覆することによって、空気に対して保護する。焼鈍後、ビレットを鍛造して高さ２．３９インチとし、９パス〜２７パスでクロック圧延して最終厚さ０．４インチとした。クロック圧延した板を１０５０℃で２時間焼鈍した。焼鈍の前は真歪が２．４２であり、焼鈍後は平均結晶粒径が５５μｍで、結晶粒の６４％は（１１１）面が板面に平行（１０°以内）に配向していた。
【００７５】
別の例として、サンプルＥは、直径８インチのインゴットを直径６インチまでスエージングし、１０５０℃で１〜３時間焼鈍し、切断して長さ１０インチのビレットとした。ビレットを鍛造して高さ２．５１インチとし、クロック圧延して最終厚さ０．４インチとした。圧延したディスクを９７５〜１１２５℃で１〜３時間真空焼鈍した。最終焼鈍前のディスクは、未焼鈍の真歪が３．２２であり、焼鈍後は、平均結晶粒径が３８μｍで、結晶粒の８２％は＜１１１＞方向が板面の法線に平行に配向していた。このディスクは、スエージングと鍛造との間の焼鈍を省略して製造することもできる。
【００７６】
典型的には、従来のタンタル板の圧延では、タンタル金属の結晶粒が負荷応力の下で回転して圧延方向と横方向とに配向した特徴的な結晶学的配向が形成される。この場合、圧延板をカップ状またはドーム状に成形すると、成形中の材料の流れは圧延方向を基準として種々に変化する。このように金属の結晶学的な配向の差によって材料の流れが異なると、カップ状またはドーム状に成形された状態で耳が発生してしまう。圧延面に異方性がある圧延板をカップ成形すると必ず耳が発生する。耳発生があると、最終的なターゲットを製造するのに十分な材料を確保するために余分な材料が必要になるため、材料効率が低下する。本発明によれば、ディスク板内のどの方向についても等方的に変形する板またはターゲットが提供されるので、耳発生が低減または完全に解消し、耳発生の問題を解消または低減できる。
【００７７】
スパッタリングターゲットの形状によっては、金属板を更に複雑な形状に成形することがある。一例として、中空陰極構造を用いた形状のスパッタリングターゲットがある。この場合、スピン成形、鍛造、静水圧プレス、引抜きなどの金属板成形方法を用いて、ドームまたはカップを成形し、スパッタリングプラズマを複雑な形状内に収容する。このような複雑な形状が必要な場合には、金属板はディスク面のどの方向にも等方的に変形しなくてはならない。図７に、直交圧延を用いた場合と、１２０°クロック圧延などのクロック圧延を用いた場合とについて、得られたタンタル板の耳発生を比較して示す。図７の結果から、クロック圧延によって耳発生が耳高さで０．７インチから０．２５インチに低減することが分かる。
【００７８】
本明細書にて引用した参考文献の内容は全て本願の開示に取り込む。また、量、濃度などの値またはパラメータを、範囲、望ましい範囲、または望ましい上限値および下限値として記載したときには、範囲の両端を規定する1対の値の間の全ての値を開示したものと理解すべきである。更に、範囲の両端を規定する値自体は、特に断らない限り範囲に含めるし、全ての整数値および分数値を含める。本発明の範囲は、特定の範囲を規定するために記載した特定の値に限定されない。
【００７９】
当業者は、本明細書を考慮し本願開示の発明を実施することにより、本願開示した以外の実施形態を容易に想到できる。本明細書に開示した実施例は単なる例示であって、本発明の真の範囲および精神は特許請求の範囲によって規定される。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】スパッタリングターゲットの製造に用いるための金属板の作製に用いる処理工程を示す模式図。
【図２】１２０°クロック圧延のための各圧延パスの関係を示す模式図。
【図３】図１に示した方法を用いて作製したタンタル板の（１１１）、（１１０）、（１００）の各極点図。
【図４】図１に示した方法を用いて作製したタンタル板の後方散乱電子回折（ＥＢＳＤ）マップ。
【図５】本発明の方法を用いて作製した種々のタンタル板の真歪を示す表。
【図６】矩形処理に対する円形処理の材料歩留まりの向上を示す表。
【図７】円形処理を用いて等方性タンタル板を作製した場合に中空陰極スパッタリングターゲットの製造に用いるためのカップ形状あるいはドーム形状にタンタル板を形成した際の耳発生の低減を示すグラフ。
【図８】２枚のタンタル板についてバンド発生状況の超音波測定結果の比較。ここで、１枚はクロック圧延により圧延したものであり、他の１枚は直交圧延により圧延したもの。クロック圧延により集合組織のバンド発生が劇的に低下していることが観察された。
【図９】従来の直交圧延により得られたタンタル板の（１１１）、（１１０）、（１００）の各極点図。
【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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【国際調査報告】
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