(57)【要約】  高強度銅合金を形成する方法。本方法は、銅材料の重量で約２重量％〜約２０重量％のマンガンを含む銅材料を４００℃を上回る温度に加熱することと、銅材料を約３２５℃〜約３５０℃の温度に冷却させて、冷却された銅材料を形成することと、冷却された銅材料を等チャネル角押出で押出して、冷却された銅マンガン合金を形成することと、を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高強度銅合金を形成する方法であって、
マンガンを含む銅材料を４００℃を上回る温度に加熱することであって、前記銅材料が、約２重量％〜約２０重量％のマンガンを含む、加熱することと、
前記銅材料を約３２５℃〜約３５０℃の温度に冷却させて、冷却された銅材料を形成することと、
前記冷却された銅材料を等チャネル角押出（ＥＣＡＥ）で押出して、冷却された銅マンガン合金を形成することと、を含む、方法。
【請求項２】
前記銅合金を押出成形することが、等チャネル角押出の少なくとも４回の通過を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記高強度銅合金が、約４００℃〜約４５０℃の温度に少なくとも１時間加熱した後に、最大約２μｍの直径の平均粒径を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記高強度銅合金が、約５００℃〜約５５０℃の温度に少なくとも１時間加熱した後に、直径約１２μｍ〜直径約１５μｍの平均粒径を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記方法が、
前記冷却された銅マンガン合金を第１の圧延工程に供することと、
前記冷却された銅マンガン合金を、約４００℃〜約５７５℃の温度に少なくとも０．５時間加熱して、加熱された銅マンガン合金を形成することと、
前記加熱された銅マンガン合金を第２の圧延工程に供して、硬化銅マンガン合金を形成することと、を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記硬化銅マンガン合金が、直径約１．５μｍ〜直径約１５μｍの平均粒径を有する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
スパッタリングターゲットを備えるスパッタリングアセンブリであって、
銅を主成分とし、かつマンガンを含有する銅合金を含み、前記マンガンが、前記銅合金の重量で約２重量％〜約２０重量％の重量パーセントで存在し、前記スパッタリングターゲットが、実質的に精密化された二次相を有し、そのため、前記二次相が、従来の熱機械処理方法によって得られる平均直径よりも少なくとも約１．５倍小さい平均直径を有する、スパッタリングアセンブリ。
【請求項８】
前記銅合金が、約３重量％〜約１２重量％のマンガンを含む、請求項７に記載のスパッタリングアセンブリ。
【請求項９】
前記銅合金が、最大約１５μｍの直径の平均粒径を有する、請求項７に記載のスパッタリングアセンブリ。
【請求項１０】
前記銅合金が、約４７５ＭＰａ〜約７００ＭＰａの平均降伏強度を有する、請求項７に記載のスパッタリングアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、高強度銅マンガン合金に関する。より具体的には、本開示は、少なくとも２重量％のマンガンを含有する銅マンガン合金に関する。いくつかの実施形態では、銅マンガン合金は、スパッタリングターゲットアセンブリで使用され得る。高強度銅マンガン合金を形成する方法も記載される。
【背景技術】
【０００２】
物理蒸着法（ｐｈｙｓｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、「ＰＶＤ」）は、様々な基板の表面に材料の薄膜を形成するために広く使用されている。スパッタリングとして知られる１つのＰＶＤプロセスでは、原子は、プラズマなどのガスイオンとの衝突によって、スパッタリングターゲットの表面から排出される。そのため、スパッタリングターゲットは、基板上に堆積される材料の供給源である。
【０００３】
例示的なスパッタリングアセンブリの一部の線図を、図１に示す。スパッタリングアセンブリ１０は、結合されたスパッタリングターゲット１４を有するバッキングプレート１２を備える。半導体ウェハ１８は、アセンブリ内に配置され、スパッタリングターゲット１４のスパッタリング表面１６から離間している。動作中、粒子又はスパッタリングされた材料２２は、スパッタリングターゲット１４の表面１６から変位し、半導体ウェハ１８の表面上に堆積して、ウェハ上にコーティング（又は薄膜）２０を形成する。図１に示されるスパッタリングアセンブリ１０は、例えば、ターゲット１４とバッキングプレート１２の両方が任意の好適なサイズ又は形状であり得るため、例示的な構成であることを理解されたい。いくつかの実施形態では、物理蒸着装置１０は、バッキングプレート１２なしにスパッタリングターゲット１４を含み得る。この構成は、モノリシック構成と称される。
【０００４】
様々な金属及び合金は、ＰＶＤ技術を使用して蒸着することができ、例えば、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、及びこれらの元素の合金が挙げられる。１つのそのような合金は、例えば、半導体産業で使用される様々な金属相互接続を形成するために、スパッタリングターゲットで使用されている銅マンガン（ｃｏｐｐｅｒ  ｍａｎｇａｎｅｓｅ、「ＣｕＭｎ」）である。現在のＣｕＭｎ合金スパッタリングターゲットは、１重量％未満のＭｎを含有する。
【０００５】
加えて、半導体ウェハ製造技術における進歩は、３００ｍｍ及び４５０ｍｍスパッタリングターゲット（すなわち、３００ｍｍ又は４５０ｍｍのシリコンウェハ堆積プロセスで使用するターゲット）などの、より大きなスパッタリングターゲット構成に対する要求をもたらした。高スパッタリング電力もまた、スループット、フィルム品質、及び均一性を改善するために使用されている。しかしながら、高スパッタリング電力は、従来のスパッタリングターゲットにおける偏向及び反りのリスクを増加させ得る。したがって、偏向を制限するためにより高い強度を有するスパッタリングターゲットのための半導体産業において望まれている。
【発明の概要】
【０００６】
一実施形態では、高強度銅合金を形成する方法は、マンガンを含む銅材料を４００℃を上回る温度に加熱することであって、銅材料が、約２重量％〜約２０重量％のマンガンを含む、加熱することと、銅材料を約３２５℃〜約３５０℃の温度に冷却させて、冷却された銅材料を形成することと、冷却された銅材料を等チャネル角押出（ｅｑｕａｌ  ｃｈａｎｎｅｌ  ａｎｇｕｌａｒ  ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ、ＥＣＡＥ）で押出して、冷却された銅マンガン合金を形成することと、を含む。
【０００７】
別の実施形態では、スパッタリングアセンブリは、スパッタリングターゲットを含み、銅を主成分とし、かつマンガンを含有する銅合金を有し、マンガンは、銅合金の重量で約２重量％〜約２０重量％の重量パーセントで存在する。スパッタリングターゲットは、実質的に精密化された二次相を有し、そのため、二次相は、鍛造及び圧延などの従来の熱機械処理方法によって得られる平均直径よりも少なくとも約１．５倍小さい平均直径を有する。
【０００８】
多数の実施形態が開示されるが、当業者には、本発明の例示的実施形態を図示及び説明する以下の発明を実施するための形態から、本発明の更に他の実施形態が明らかになるであろう。したがって、図面及び発明を実施するための形態は、制限的なものではなく、本質的に実例とみなされるべきである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】物理蒸着装置の一部の線図である。
【図２】いくつかの実施形態による、銅マンガン合金を形成する方法のフロー図である。
【図３】特定の例示的な銅合金について、ブリネル硬度及びアニーリング温度を比較するグラフである。
【図４】特定の例示的な処理方法について、再結晶粒径をアニーリング温度と比較するグラフである。
【図５Ａ】光学顕微鏡で取られた特定の処理条件に供された銅マンガン合金の粒径を比較する顕微鏡写真である。
【図５Ｂ】光学顕微鏡で取られた特定の処理条件に供された銅マンガン合金の粒径を比較する顕微鏡写真である。
【図５Ｃ】光学顕微鏡で取られた特定の処理条件に供された銅マンガン合金の粒径を比較する顕微鏡写真である。
【図５Ｄ】光学顕微鏡で取られた特定の処理条件に供された銅マンガン合金の粒径を比較する顕微鏡写真である。
【図６】特定の例示的な処理方法に供された銅マンガン合金について、降伏強度及び極限引張強度を比較するグラフである。
【図７】いくつかの既存のバッキングプレート材料の降伏強度を、特定の例示的な銅マンガン合金の降伏強度と比較するグラフである。
【図８】いくつかの既存のバッキングプレート材料のブリネル硬度を、特定の例示的な銅マンガン合金のブリネル硬度と比較するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書では、例えば、スパッタリングターゲットで使用するための高強度銅マンガン合金が開示される。より具体的には、本明細書では、高強度、高熱安定性、及び精密化された微細構造を有する銅マンガン合金が開示される。熱処理工程及び等チャネル角押出（ＥＣＡＥ）を含む銅マンガン合金を形成する方法も開示される。
【００１１】
高強度銅マンガン合金は、主成分としての銅及び微量成分としてのマンガンを含む。主成分としての銅は、微量成分であるマンガンよりも高い重量パーセントで存在する。例えば、高強度銅マンガン合金は、約８０重量％〜約９８重量％、約８８重量％〜約９７重量％、又は約９０重量％〜９２重量％の銅、及び約２重量％〜約２０重量％、約３重量％〜約１２重量％、又は約８重量％〜約１０重量％のマンガンを含み得る。いくつかの実施形態では、高強度銅マンガン合金は、銅、マンガン、及び１つ以上の追加の微量成分を含み得る。他の実施形態では、高強度銅マンガン合金は、銅、マンガン、並びに酸素、炭素、及び他の微量元素などの不可避不純物からなり得る。
【００１２】
高強度銅マンガン合金は、精密化された微細構造を有する。いくつかの実施形態では、合金は、最大約１５μｍ（例えば、約０．２μｍ〜約１５μｍ）の直径の平均粒径を有する。例えば、粒径は、約０．２μｍ〜約１μｍ、約１μｍ〜約２．５μｍ、約２．５μｍ〜約６．５μｍ、約６．５μｍ〜約１２．５μｍ、又は約１２．５μｍ〜約１５μｍであり得る。
【００１３】
銅マンガン合金は、「鋳抜き」材料と比較して、本開示の銅マンガン合金中でより少ない空隙が生じるように、空隙を実質的に含まなくてもよい。いくつかの実施形態では、合金は、空隙が発生しないように空隙を含まなくてもよい。他の実施形態では、合金は、直径が約１００μｍよりも大きいものなどの大きな多孔性又は孔を実質的に含まなくてもよい。
【００１４】
銅マンガン合金はまた、精密化された二次相を有し得る。高い（すなわち、２重量％以上の）重量パーセントのマンガンを有する銅合金は、スパッタリングターゲットにおいて望ましくない、マンガン沈殿物及び二次相又は含有物を含有し得る。二次相は、例えば、酸化マンガン（ｍａｎｇａｎｅｓｅ  ｏｘｉｄｅｓ、ＭｎＯ）及び／又はマンガン硫化物（ＭｎＳ）を含み得、その形成は、合金化プロセス中に酸素及び／又は硫黄が存在するかどうかに依存する。現在の銅マンガン合金は、限られた量の二次相を含有し、存在する二次相は、従来の熱機械処理方法で処理された合金中に存在する二次相の直径よりも小さい平均直径を有する。例えば、現在の銅マンガン合金の二次相は、従来の方法で処理された合金の平均直径よりも少なくとも約１．５倍小さい平均直径を有し得る。従来の熱機械処理方法の例、又は本明細書では別名従来の方法と称される例としては、鋳抜き、鍛造、及び圧延が挙げられる。したがって、現在の処理方法で処理された銅マンガン合金は、従来の方法で処理された銅マンガン合金よりも少なくとも約１．５倍小さい平均直径を有する二次相を有し得る。
【００１５】
銅マンガン合金はまた、増加した硬度特性を有し得る。いくつかの実施形態では、銅マンガン合金のブリネル硬度（Ｂｒｉｎｅｌｌ  Ｈａｒｄｎｅｓｓ、ＨＢ又はＨＢＮ）は、約１５５ＨＢ〜約２００ＨＢであり得る。
【００１６】
銅マンガン合金はまた、高い強度を有し得る。高い重量パーセント（すなわち、２重量％以上）のマンガンを有する銅合金は、典型的には、低い重量パーセント（すなわち、２重量％未満）のマンガンを有する銅合金よりも高い強度を有する。例えば、銅マンガン合金は、約４７５ＭＰａ〜約７００ＭＰａの平均降伏強度を有し得る。
【００１７】
いくつかの実施形態では、銅マンガン合金は、図１に示す装置１０などの物理蒸着装置で使用するためのスパッタリングターゲットであり得る。いくつかの実施形態では、銅マンガン合金スパッタリングターゲットは、バッキングプレートに接続又は結合され得る。他の実施形態では、銅マンガン合金は、モノリシックターゲットであり得る。
【００１８】
銅マンガン合金スパッタリングターゲット１４は、図２による方法によって形成され得る。図２は、いくつかの実施形態による、銅マンガン合金を形成する方法１００のフロー図である。一実施形態では、方法１００は、第１の初期処理工程１１０を含む。第１の初期処理工程１１０は、例えば、粉末、チップ、フレーク、鋳造母合金、又は粒状物を使用して、合金元素（すなわち、マンガン）を添加して、好ましい材料組成物を得ることを含み得る。第１の初期処理工程１１０はまた、鋳造などの当業者に既知の他のプロセスを含み得る。いくつかの実施形態では、方法１００はまた、初期熱機械（ｔｈｅｒｍｏ−ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ、ＴＭＰ）処理を伴う第２の初期処理工程１１１も含む。１つの例示的なＴＭＰ処理方法は、銅マンガン材料の熱間鍛造を含む。熱間鍛造中、銅マンガンビレットの高さは、ビレットサイズが更なる処理に適するように低減される。熱間鍛造はまた更に、鋳抜き粒径を精密化し、均質化又は組成物、並びに空隙及び多孔性などの鋳抜き欠陥の低減を増加させ得る。熱間鍛造温度は、マンガンの重量百分率に依存する。例えば、より低い重量パーセントのマンガンを有する合金では、好適な熱間鍛造温度範囲は、少なくとも１時間の期間、約４００〜６００℃であり得る。より高い重量パーセントのマンガンを有する合金では、好適な温度範囲は、少なくとも１時間の期間、約６００〜約９５０℃であり得る。熱間鍛造の後、銅材料は、空気中で室温まで水急冷又は冷却され得る。第２の初期処理工程１１１はまた、当業者に既知の他のプロセスを含み得る。
【００１９】
方法１００は、工程１１２、工程１１４、及び工程１１６を含む第１の処理シーケンス１０４を更に含む。工程１１２において、銅材料は、少なくとも１時間の期間にわたって４００℃を上回る温度に加熱される。例えば、銅材料は、少なくとも１時間の期間にわたって約４２５℃〜約４５０℃の温度に加熱され得る。しかしながら、この温度は、ＣｕＭｎ合金中に存在するマンガンの重量パーセントに応じて変動し得る。例えば、温度は、多孔性のより良好な治癒を達成し、かつ組成物を均質化するために、高い重量パーセントのマンガンを有するＣｕＭｎ合金に対して、より高い場合がある。この温度は、ブリネル硬度を測定することによって決定することができる。例えば、ブリネル硬度は、クラッキングを制限し、かつその後のＥＣＡＥ処理中の負荷を低減するために、熱処理後に約９０〜１３０であるべきである。いくつかの実施形態では、温度は、ＥＣＡＥの３〜４回の通過を経た銅マンガン合金の完全再結晶化温度よりも約１０℃低い場合がある。完全再結晶化温度は、様々な温度で１時間、銅材料を熱処理し、粒径及びブリネル硬度を測定することによって決定され得る。全粒が再結晶化されたときに、完全な再結晶化が完了する。銅材料は、銅とマンガンとの混合物であり、ここでは、銅は、一次成分として存在し、マンガンは、微量成分として存在する。例えば、銅は、約８０重量％〜約９８重量％の銅、及び約２重量％〜約２０重量％のマンガンの量で存在し得る。銅材料はまた、他の微量成分又は不純物を含有し得る。いくつかの実施形態では、工程１１２は、均一な微細構造を提供するために均質化又はアニーリングによって行われ得る。
【００２０】
工程１１４では、銅材料を約３００℃〜約３５０℃の温度に冷却して、冷却された銅材料を形成する。例えば、銅材料は、約３２５℃〜約３５０℃の温度に冷却され得る。銅材料は、急冷などによって急速に冷却され得るか、又は周囲温度で空気冷却され得る。
【００２１】
工程１１５では、冷却された銅材料は、第１の任意選択的な熱処理工程を経てもよい。例えば、冷却された銅材料は、少なくとも１時間の期間にわたって約４２５℃〜約７５０℃の温度に加熱され得る。この任意選択的な熱処理を完了して、アニーリング工程１１２及び／又は冷却工程１１４から結果として得られる微細構造のいずれかの変形を再結晶化し得、より均一なかつ精密化された微細構造をもたらし得る。
【００２２】
工程１１６では、冷却された銅材料をＥＣＡＥで押出成形して、ＥＣＡＥ銅マンガン合金を形成する。いくつかの実施形態では、工程１１６は、ＥＣＡＥの１〜４回の通過を含む。他の実施形態では、工程１１６は、ＥＣＡＥの４回以上の通過を含み得る。いくつかの実施形態では、銅管理合金は、ＥＣＡＥ通過間で回転され得る。例えば、工程１１６は、冷却された銅材料が各通過間で９０度回転される、ＥＣＡＥの４回の通過を含み得る。
【００２３】
方法１００は、例えば、多段階熱処理、応力除去、又は銅マンガン合金の特性に影響を及ぼさない任意の他のプロセスを含み得る、最終処理工程１２４を更に含み得る。次いで、合金は、モノリシックターゲットとして使用される更なる処理に供することができるか、又はスパッタリング用途で使用されるバッキングプレートに接合され得る。
【００２４】
別の実施形態では、方法１００は、上記に開示したような初期処理工程１１０、上記に開示したような第１の処理工程１０４、並びに工程１１８、工程１２０、及び工程１２２を含む任意選択的な第２の処理シーケンス１０６を含み得る。
【００２５】
工程１１８では、冷却された銅マンガン合金は、第１の圧延工程に供される。
【００２６】
工程１２０では、合金は、４００℃を上回る温度に少なくとも０．５時間の期間加熱されて、加熱された銅マンガン合金を形成する、第２の任意選択的な熱処理工程を経てもよい。例えば、一実施形態では、冷却された銅マンガン合金は、約４００℃〜約５７５℃の温度に約０．５時間〜約４時間の期間加熱され得る。別の実施例では、合金は、強度、粒径、及び任意の他の特性などの合金の所望の特性に応じて、約４２５℃〜約５５０℃の温度に加熱され得る。
【００２７】
工程１２２では、加熱された銅マンガン合金は、第２の圧延工程、あるいは鍛造、押出、又は延伸工程を経て、硬化銅マンガン合金を形成し得る。いくつかの実施形態では、この硬化銅マンガン合金は、実質的に精密化された微細構造を有し、これによって、粒子構造は実質的に均一であり、等軸化される。更に、いくつかの実施形態では、硬化銅マンガン合金は、約１．５μｍ〜約１５μｍの平均粒径を有し得る。他の実施形態では、合金は、約１．５μｍ〜約５μｍの平均粒径を有し得る。方法１００は、上記に開示したように、最終処理工程１２４を更に含み得る。
【００２８】
高いパーセントのマンガンを有するＣｕＭｎ合金は、多くの場合、より低いパーセントのマンガンを有するＣｕＭｎ合金と比較して、増加した強度及び／又は硬度特性を呈する。しかしながら、より高いパーセントのマンガンを有するＣｕＭｎ合金はより硬質であり、多孔性及び鋳造欠陥を形成する傾向がより高いため、多くの場合、材料の脆性に起因する亀裂の傾向がより高い。本明細書に記載のＥＣＡＥプロセスは、製造可能なＣｕＭｎ合金をもたらす。
【００２９】
実施例１：硬度に対するアニーリング温度及びＭｎ含有率の効果
約０．５重量％のＭｎ〜約１０重量％のＭｎの重量パーセントを有する様々な銅マンガン合金について、硬度に対するアニーリング（すなわち、熱処理）温度の効果が観察された。銅マンガン合金を約２５０℃〜約６００℃の温度に加熱し、対応するブリネル硬度（ＨＢ）値を、米国規格ＡＳＴＭ  Ｅ１０〜１４に従って標準的なブリネル硬度試験を実施することによって決定した。
【００３０】
図３は、表１に列挙される量で高純度銅をマンガンと組み合わせることによって形成された７つの異なる銅マンガン合金組成物について、ＨＢ値とアニーリング温度との間の関係を示す。この実施例で使用されるすべてのＣｕＭｎ合金について、６Ｎ  Ｃｕ（純度９９．９９９９％）及び５Ｎ  Ｍｎ（純度９９．９９９％）を使用した。すべての合金をＥＣＡＥで処理した。表１中のすべての数は、重量パーセント基準で表される。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
図３に示すように、それぞれ７重量％及び１０重量％のＭｎの重量パーセントを有する組成物２及び組成物６は、アニーリング温度にかかわらず、Ｍｎのより低い重量パーセントを有する銅マンガン合金よりも高いＨＢ値を有する。例えば、４２５℃では、組成物２及び組成物６の両方は、約９０のＨＢ値を有し、Ｍｎのより低い重量パーセントを有する組成物３及び組成物４は、わずかに約６０のＨＢ値を有する。２．６重量％のＭｎの重量パーセントを有する組成物７は、より低い重量パーセントを有する銅マンガン合金よりも高いＨＢ値を提供する。
【００３３】
粒径との関係も図３に示される。この実施例では、粒径は、それぞれのサンプルについて、米国規格ＡＳＴＭ  Ｅ１１２に従って、複数の個々の粒の平均サイズを測定することによって測定される。１μｍ未満の粒径を得る限界は、破線で示されており、破線の上方の点は１μｍ未満の粒径を有し、破線の下方の点は１μｍ以上の粒径を有する。したがって、破線は、特定のアニーリング温度で１μｍ未満の粒径の硬度限界（すなわち、各合金について得ることができる最小硬度）を表す。例えば、組成物２及び組成物６は、より低い重量パーセントのＭｎを有する組成物と同じ粒径に到達するために、より高いアニーリング温度を必要とする。しかしながら、組成物２及び組成物６はまた、より低い重量パーセントのＭｎを有する組成物よりも同じ粒径でより高いＨＢ値を有する。例えば、組成物６は、１μｍ未満の粒径で約１２０のＨＢ値を有し、一方、同じ粒径では、組成物１、３、４、及び５は、約１００〜１１０のＨＢ値のみを有した。図３はまた、高い重量パーセントのマンガン及び１μｍ未満の粒径を有するＣｕＭｎ合金の最大達成可能硬度が増加していることを示す。例えば、２５０℃では、組成物２及び６は、１８０〜１９０の範囲のＨＢ値を有し、組成物１、３、４、及び５は、１５０を下回るＨＢ値を有する。
【００３４】
実施例２：アニーリング温度及び処理方法の効果
アニーリング温度の効果は、３つの異なる処理方法について観察された。対照プロセスは、ＥＣＡＥなしの標準的な鍛造及び圧延（鍛造＋圧延）プロセスを含んだ。この対照プロセスは、１）４回の通過ＥＣＡＥ及び圧延（ＥＣＡＥ＋圧延）プロセス、及び２）圧延なしの４回の通過ＥＣＡＥ（ＥＣＡＥ）プロセスと比較した。それぞれ標準的な鍛造＋圧延、ＥＣＡＥ＋圧延、及びＥＣＡＥ工程の後に、アニーリングを完了した。約１０重量％のＭｎを有する銅マンガン合金をすべてのプロセスに使用した。結果を図４に示す。
【００３５】
図４は、ＥＣＡＥ＋圧延プロセス及びＥＣＡＥプロセスの両方が、すべての試験されたアニーリング温度における鍛造＋圧延プロセスよりも微細な結晶構造及びより小さい再結晶粒径をもたらしたことを示す。平均して、図４は、鍛造＋圧延プロセスが、ＥＣＡＥを伴うプロセスの各々よりも３〜４倍大きい粒径を有したことを示す。例えば、５００℃でアニーリングした場合、鍛造＋圧延プロセスは、ＥＣＡＥ＋圧延プロセス及びＥＣＡＥプロセスの両方について約７μｍの平均粒径と比較して、約２０μｍの平均粒径を有した。
【００３６】
実施例３：再結晶化粒径に対するアニーリング温度の効果
ＥＣＡＥで処理された銅マンガン合金については、粒径に対するアニーリング温度の効果が観察された。１０重量％のマンガンを有する銅マンガン合金を、４回の通過のＥＣＡＥで処理した後、様々な温度にアニーリングした。アニーリング後、合金サンプルの粒径を光学顕微鏡を用いて比較した。
【００３７】
図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、及び図５Ｄは、結果として得られた粒径を示す。図５Ａでは、サンプルを約４２５℃の温度にアニーリングした。示されるように、平均粒径は、約１．８μｍ〜約２．３μｍであった。図５Ｂでは、サンプルを約４５０℃の温度にアニーリングし、約３．７５μｍの平均粒径を得た。図５Ｃでは、サンプルを約５００℃の温度にアニーリングし、約６．５μｍの平均粒径を得た。図５Ｄでは、サンプルを約５５０℃にアニーリングし、約１２．１μｍの平均粒径を得た。したがって、この実施例では、より低い温度（すなわち、約４２５℃〜約４５０℃）でアニーリングすると、より低い平均粒径を有するより精密化された結晶構造をもたらし、一方、より高温（すなわち、約５００℃〜約５５０℃）でアニーリングすると、有意により大きな平均粒径をもたらした。４２５℃を下回る温度でアニーリングすると、サブミクロン粒径をもたらした。
【００３８】
実施例４：強度に対する処理方法の効果
２つの銅合金については、強度に対する処理方法の効果が観察された。Ｃｕ１０Ｍｎ合金は、銅を１０重量％のマンガンと組み合わせることによって形成した。このＣｕ１０Ｍｎ合金は、１）標準的な鍛造及び圧延、２）ＥＣＡＥ、及び３）圧延（ＥＣＡＥ＋圧延）によるＥＣＡＥを介して処理した。銅合金Ｃ１８０００（クロム、ニッケル、及びケイ素を含有する銅系合金）も試験した。Ｃｕ  Ｃ１８０００は、スパッタリングターゲットのバッキングプレートに現在使用されている１つの合金である。Ｃｕ  Ｃ１８０００材料を、１）「受け取り時」（すなわち、追加の処理なしで）、２）高温及び高圧が材料に適用された熱間等方圧加圧（ＨＩＰ）プロセス後に試験した。ＡＳＴＭ  Ｅ８規格に従って標準的な引張試験を実施することによって、すべてのサンプルについて降伏強度及び極限引張強度を決定した。５．０８ｃｍ（２インチ）のゲージ長さ及び１．２７ｃｍ（０．５インチ）の直径を有する円形引張試験片を各材料から切り出し、上記に参照した標準的な手順に従って室温で試験した。
【００３９】
図６は、上記の各処理方法の降伏強度及び極限引張強度を比較する。Ｃｕ１０Ｍｎ合金の結果は、ＥＣＡＥ及びＥＣＡＥ＋圧延プロセスのより大きな降伏強度及び極限引張強度を示す。例えば、ＥＣＡＥ及びＥＣＡＥ＋圧延サンプルは、それぞれ約６００ＭＰａ及び６３０ＭＰａの降伏強度を有し、それらは、約１５０ＭＰａの降伏強度を有する標準的な鍛造及び圧延プロセスよりも約４．５倍高かった。同様に、ＥＣＡＥ及びＥＣＡＥ＋圧延プロセスは、それぞれ約６２０ＭＰａ及び６５０ＭＰａの最大引張強度を有し、これは、約３２０ＭＰａの極限引張強度を有する標準的な鍛造及び圧延プロセスよりも約２倍高かった。
【００４０】
図６はまた、Ｃｕ１０Ｍｎ合金をＣ１８０００材料と比較する。結果は、Ｃｕ１０Ｍｎ合金が、ＥＣＡＥ又はＥＣＡＥ＋圧延のいずれかで処理されたとき、「受け取り時」及びＨＩＰ後の両方で試験したときのＣ１８０００材料よりも高い降伏強度及び極限引張強度を有することを示す。
【００４１】
また、ＥＣＡＥ及びＥＣＡＥ＋圧延プロセスの両方の後のＣｕＭｎ合金の結果として得られた平均粒径は、１μｍ未満であった。これは、より精密化された微細構造に寄与するＥＣＡＥに起因する。標準鍛造＋圧延後のＣｕＭｎ合金の平均粒径は、約３０μｍであった。
【００４２】
実施例５：降伏強度に対する組成物の効果
様々な銅マンガン合金組成物及び様々な他のバッキングプレート材料について、降伏強度に対する組成物の効果を観察した。試験された材料が以下の表２に示されている。
【００４３】
【表２】
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【００４４】
サンプル１は、約１０重量％のＭｎを含有し、標準的な鍛造及び圧延によって処理された。サンプル２〜４は、スパッタリング用途で一般的に使用されるマンガンの量を含む。サンプル２〜４は、それぞれ約０．４３重量％、０．６９重量％、及び０．８７重量％のＭｎを含有する。サンプル５はまた、約１０重量％のＭｎを含有する。サンプル２〜５の各々を、４回の通過ＥＣＡＥで処理した。ＥＣＡＥの各通過間で、サンプル２〜４を約３２５℃〜約３５０℃の温度に加熱した。サンプル５は、ＥＣＡＥ通過間の熱処理プロセスに供された。このプロセスは、約４００〜４５０℃の温度に少なくとも３０分間熱処理することと、周囲温度で約３５０℃の温度に到達するまで空気冷却することと、約３２５〜３５０℃の温度に少なくとも３０分間熱処理することと、を含む。このプロセスは、負荷を制限し、かつサンプルのより良好な表面品質を提供するために行われた。サンプル６〜１０は、スパッタリング用途で一般的に使用される様々なバッキングプレート材料を含む。
【００４５】
図７は、上記の材料の降伏強度を比較する。図示のように、ＥＣＡＥ（すなわちサンプル２〜５）で処理されたすべての材料は、平均して、ＥＣＡＥで処理されていない材料よりも高い降伏強度をもたらした。サンプル５（ＥＣＡＥ  Ｃｕ１０Ｍｎ）は、試験したすべてのサンプルのうちで最も高い降伏強度を示し、サンプル１の降伏強度よりも４倍超高かった。例えば、サンプル５は約６４０ＭＰａの降伏強度を有し、サンプル１はわずかに約１４０ＭＰａの降伏強度を有した。サンプル５はまた、サンプル６〜１０のすべてよりも高い降伏強度を有した。
【００４６】
実施例６：ブリネル硬度に対する組成物の効果
様々な銅マンガン合金組成物及び様々な他のバッキングプレート材料について、ブリネル硬度（ＨＢ）に対する組成物の効果を観察した。試験された材料が以下の表３に示されている。
【００４７】
【表３】
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【００４８】
サンプル１〜４は、それぞれ約０．４３重量％、０．４３重量％、０．８７重量％、及び１．７重量％のＭｎを含有する。サンプル５〜６は、それぞれ約７重量％及び１０重量％のＭｎを含有する。サンプル１を標準的な鍛造及び圧延によって処理し、約３５μｍの粒径をもたらした。サンプル２〜６をＥＣＡＥで処理し、１μｍ未満の粒径をもたらした。サンプル７〜１１は、スパッタリング用途で一般的に使用される様々なバッキングプレート材料を含む。
【００４９】
図８は、上記の材料のブリネル硬度（ＨＢ）を比較する。再び、ＥＣＡＥ（サンプル２〜５）で処理されたほとんどの材料は、サンプル１０（高強度アルミニウム）及びサンプル１１（Ｃ１８０００）を除いて、ＥＣＡＥで処理されていない材料よりも高いＨＢをもたらした。しかしながら、それぞれ７重量％及び１０重量％の重量パーセントを有するサンプル５〜６は、試験したすべての他の材料よりも高いＨＢを有した。例えば、サンプル５は、約１８０のＨＢを有し、サンプル６は約１９０のＨＢを有し、サンプル１０は約１３０のＨＢを有し、サンプル１１は約１６０のＨＢを有した。したがって、約２重量％超（すなわち、約７重量％〜約１０重量％）のマンガンの重量パーセント、及びＥＣＡＥでの処理は、最高のブリネル硬度をもたらした。
【００５０】
実施例７：二次相に対する処理方法の効果
二次相のサイズに対する処理方法の効果が観察された。二次相は、統合ＳＥＭ／ＥＤＸを使用して自動手順によって検出され、硫酸マンガン（ｍａｎｇａｎｅｓｅ  ｓｕｌｆａｔｅ、ＭｎＳ）を含む。本実施例で使用される統合型ＳＥＭ／ＥＤＸシステムは、ＦＥＩによってＡｓｐｅｘ  Ｅｘｐｌｏｒｅｒの名称で販売されており、最大５０，０００倍の倍率でデータ報告を提供する。約１０重量％のマンガン（Ｃｕ１０Ｍｎ）を有する銅マンガン合金中の二次相の平均直径は、鍛造及び圧延後、並びにＥＣＡＥ及び圧延後に「鋳抜き」材料で検出された。結果を以下の表４に比較する。すべての直径は、マイクロメートル（μｍ）である。
【００５１】
【表４】
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【００５２】
Ｃｕ１０Ｍｎ材料中の二次相の平均面積はまた、鍛造及び圧延後、並びにＥＣＡＥ及び圧延の後に、「鋳抜き」材料で検出された。結果を以下の表５に比較する。すべての面積測定値は、平方マイクロメートル（μｍ２）である。
【００５３】
【表５】
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【００５４】
上記表４及び表５に示すように、ＥＣＡＥに供されたＣｕ１０Ｍｎ合金は、「鋳抜き」材料並びに鍛造及び圧延材料の両方と比較して、より小さい二次相を示した。平均して、ＥＣＡＥに供された材料中の二次相は、「鋳抜き」材料における二次相よりも約３倍小さい直径及び７倍小さい面積を有した。したがって、ＥＣＡＥで銅マンガン合金を処理することにより、ＥＣＡＥで処理しないよりも小さい直径及び／又は面積を有するより精密化された二次相（ＭｎＳ）をもたらした。
【００５５】
本発明の範囲から逸脱することなく、記載した例示的な実施形態に対して様々な修正及び付加を行うことができる。例えば、上述の実施形態は、特定の特徴に言及するものであるが、本発明の範囲はまた、異なる特徴の組み合わせを有する実施形態及び上述の特徴のすべてを含むわけではない実施形態を含む。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年6月11日(2020.6.11)
【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】
高強度銅合金を形成する方法であって、
マンガンを含む銅材料を４００℃を上回る温度に加熱することであって、前記銅材料が、約２重量％〜約２０重量％のマンガンを含む、加熱することと、
前記銅材料を約３２５℃〜約３５０℃の温度に冷却させて、冷却された銅材料を形成することと、
前記冷却された銅材料を等チャネル角押出（ＥＣＡＥ）で押出して、冷却された銅マンガン合金を形成することと、を含む、方法。
【請求項２】
前記方法が、
前記冷却された銅マンガン合金を第１の圧延工程に供することと、
前記冷却された銅マンガン合金を、約４００℃〜約５７５℃の温度に少なくとも０．５時間加熱して、加熱された銅マンガン合金を形成することと、
前記加熱された銅マンガン合金を第２の圧延工程に供して、硬化銅マンガン合金を形成することと、を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
スパッタリングターゲットを備えるスパッタリングアセンブリであって、
銅を主成分とし、マンガンを含有する銅合金を含み、前記マンガンが、前記銅合金の重量で約２重量％〜約２０重量％の重量パーセントで存在し、前記スパッタリングターゲットが、実質的に精密化された二次相を有し、そのため、前記二次相が、従来の熱機械処理方法によって得られる平均直径よりも少なくとも約１．５倍小さい平均直径を有する、スパッタリングアセンブリ。
【国際調査報告】
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