专利名称：：深锅状铜溅射靶及其制造方法
技术领域：
：本发明涉及通过模锻而形成深锅状的铜溅射靶及其制造方法。技术背景近年来，在电子
技术领域：
、耐腐蚀性材料及装饰领域、催化剂领域、切削/研磨材料及耐磨损性材料的制造等许多领域中，正在使用形成金属及陶瓷材料等被膜的溅射。溅射法自身在上述领域中是众所周知的方法，但最近特别是在电子
技术领域：
中，要求适合于形状复杂的被膜的形成或电路的形成的铜溅射靶。例如使用具有深锅状三维构造的铜靶(HCM靶)。图la表示现有的耙，图lb表示具有深锅状三维构造的铜耙。使用深锅状耙的情况，是进行离子化溅射的情况，其特征在于形成高密度等离子体。一般的平板靶是使氩离子撞击靶，敲出金属原子而成膜。与此相对，离子化溅射虽然到使氩离子撞击靶、敲出金属原子的步骤，与平板靶都是相同的，但由于高密度的等离子体，金属原子被离子化，由此具有如下特征，可以赋予被离子化的金属原子指向性，金属原子可以填充缺口等较深凹槽。通常，具有这种三维构造的铜靶是将熔解/铸造金属而成的铸块或钢坯进行热锻后退火，再进行模锻而制造的。在这样的制造工序中，铸块或钢坯的热锻破坏了铸造组织，使气孔及偏析扩散、消失，再通过将其退火再结晶，可以某种程度上提高组织的致密化和强度。之后，通过将该锻造及再结晶退火后的材料进行模锻，制成具有规定的三维构造的铜靶形状，再进行模锻后的再结晶退火及消除应力退火，最后进行表面加工，制成铜耙。这种铜靶的铸造方法在通常的平板型靶的制造中没有成为特别的问题，但在具有上述那样的深锅状的三维构造的铜靶中存在一些问题。由于在靶制造时的模锻中出现强烈受到塑性变形的部位和几乎未受到塑性变形的部位，因此之后的组织中出现差异。例如在锻造方向对面的部位，只是简单地受到压縮力，但在沿锻造方向的部位，即在深锅状构造的内侧面，则受到变薄拉深等强加工。这样，在强烈受到塑性变形的部位和微弱受到塑性变形的部位，模锻前的退火时，再结晶粒子大小受到极大影响，导致结晶方位及硬度大幅度改变。即，在强烈受到塑性变形的部位，结晶微细化，在微弱受到塑性变形的部位，其粗大化。另外，在强烈受到这种塑性变形的部位和微弱受到塑性变形部位的边界区域，其成为不规则地混合存在状态或阶段性变化的结晶构造。特别是深锅状靶，其内面组织必须均匀，同时为了维持其形状，需要足够的强度，但一直以来不能得到该强度，由于蠕变现象，产生突缘部严重变形的问题。通常，在实施溅射时，耙的结晶越细，则越能均匀地成膜，可以得到减少电弧放电或颗粒产生的、具有均匀且稳定特性的膜。因此，在模锻及其后的退火中产生的上述结晶粒的粗大化或不规则的结晶粒的存在，会使电弧放电及颗粒的产生增加，出现溅射成膜的品质降低的严重问题。另外，结晶取向的大幅度变动或靶的各部位的硬度差异，对溅射速率造成很大影响，产生靶的品质降低的问题。因此，通过模锻制造的具有深锅状构造的铜溅射靶，存在由于靶的部位的硬度的差异、结晶方位的差异、结晶粒的粗大化和不均匀性，而使膜的性质下降的问题。
发明内容本发明的课题在于，为了解决上述问题，通过改良、设计锻造工序及热处理工序，得到品质优良的溅射靶，该溅射靶在靶的各部位中硬度高且均匀，具有在深锅状靶的突缘部不会产生变形的足够的强度，另外减少了结晶方位的变动，进而使结晶粒径微细且均匀，溅射时的结核及颗粒的产生减少。本发明提供1、一种通过模锻制造的深锅状铜溅射靶，其特征在于，该深锅状耙内面的所有部位的维氏硬度Hv为70以上；2、如上述1所述的深锅状铜溅射靶，其特征在于，与硬度HV最高的部位相比，最低的部位的硬度差在±30%以内；3、如上述1或2所述的深锅状铜溅射靶，其特征在于，靶组织中的平均结晶粒径为65um以下；4、如上述13中任一项所述的深锅状铜溅射靶，其特征在于，最大平均结晶粒径/最小平均结晶粒径<2.0;5、如上述14中任一项所述的深锅状铜溅射靶，其特征在于，深锅状靶内部的面具备通过X射线衍射得到的(220)、(111)、(200)、(311)的结晶取向，深锅状靶的受到腐蚀的面的结晶取向为(220)主取向；6、如上述15中任一项所述的深锅状铜溅射靶，其特征在于，深锅状靶内部的面具备通过X射线衍射得到的(220)、(111)、(200)、(311)的结晶取向，该深锅状靶的受到腐蚀的面的(220)结晶取向的取向率为0.45%以上。本发明的耙具有如下优良的效果，即，耙的各部位的硬度髙且均匀，使结晶粒径微细且均匀的同时，通过减少结晶方位的变动，可以抑制耙的变形，减少溅射时的结核及颗粒产生，可以得到品质优良的-溅射靶。另外，由于可以防止靶的无效溅射，因此还具有可以提高靶寿命的效果。图1是说明平板状靶和深锅状靶的溅射状况的概略说明图；图2是模锻后的深锅状铜靶的截面图。具体实施方式本发明的溅射靶通过如下工序制造。作为其具体例子，首先熔解/铸造铜，制造铸块或钢坯。之后，将该铸块或钢坯在70090(TC下热锻后，在室温下进行50%以上加工比的预成型。通过上述锻造，可以破坏铸造组织，使气孔及偏析扩散或消失。再将其在10020(TC的温度下进行再结晶退火，调整结晶粒。进而将该再结晶退火材料在10020(TC的温度下模锻为深锅状，制成深锅状铜溅射靶。上述热锻优选揉锻(Kneading)，重复的热锻对特性的改善很有效。另外，再结晶温度，是考虑应变的量和温度以及时间来确定最适合的温度。在上述热揉锻中，期望使真应变的绝对值合计为4以上。上述预成型在室温下实施。另外，此时的加工度根据最终所要求的结晶粒径而不同，但优选20%以上。特别期望根据5090%的加工比进行加工。由此，引起材料中强度的加工应变。这样，进行冷预成型的理由是为了引入更大的加工变形、及将预成型工序中的材料温度尽可能地保持一定。由此，可使引入的应变足够大且均匀。在进行了该冷预成型之后，进行再结晶退火，调整结晶粒。该冷预成型后的再结晶退火在较低的温度10020(TC下进行。即使是低温下的退火，也会通过预成型而产生足够的应变，因此可进行再结晶。由此，可以使平均结晶粒径为65um以下。另外，平均结晶粒径最大的部位的平均结晶粒径Do和平均结晶粒径最小的部位的平均结晶粒径do，可以使Do/d()〈2.0。这样，尽管伴随着加工成深锅状的要求苛刻的加工，也可以使在深锅状溅射靶的各部位中的平均结晶粒径变小，另外，结晶粒径的变化少，是由于本发明的特殊的制造方法。上述冷预成型是本发明的重要工序之一，由此，在最终工序中，可以得到具有微细且均匀的结晶的靶。之后，将具有这种微细且均匀的结晶的冷预成型材料进行模锻。本模锻包含旋压加工。即，使本说明书中记载的全部模锻都包含该旋压加工。另外，在进行模锻后，可进行结晶均匀退火或消除应力退火。在该模锻中，出现强烈受到上述应变的部位和几乎没有受到应变的部位。在没有强烈受到应变的部位，由于在前工序的冷预成型中调整结晶粒至微细，因此，与其它强烈受到应变的部位的结晶粒径相比，不会出现较大差异。由此，通过进行模锻后的结晶均匀退火或消除应力退火，将内部产生的应变除去，可得到整体上具有大致均匀的结晶粒径的靶。因此，得到使平均结晶粒径最大的部位的平均结晶粒径D和平均结晶粒径最小的部位的平均结晶粒径d的关系为D/d<2.0的深锅状铜溅射靶。通过以上的工序，可以使深锅状靶内面的所有部位的维氏硬度Hv为70以上。这是本发明的显著特征。如果实现该高硬度且均匀的深锅状铜靶条件，则可以得到突缘部不会变形，另外溅射时产生的结核及颗粒减少，溅射特性优良的靶。这样，该深锅状铜靶的突缘部不会成为溅射时的腐蚀部，由于与其它部位同样硬度高，因此具有不会变形的特征。因此，应该很容易理解本发明的在深锅状靶内面的所有部位维氏硬度Hv达到70以上的深锅状铜靶，为本发明的主要的构成。特别优选该平均维氏硬度Hv为80以上。另外，与硬度Hv最高的部位相比，可以使最低部位的硬度差为士30%以内。这也是本发明的显著特征之一，能够得到更加良好的靶。这样制造的深锅状铜溅射靶的内部的面，可以具备通过X射线衍射得到的(220)、(111)、(200)、(311)的结晶取向，可将该深锅状耙受到腐蚀的面的结晶取向设为(220)主取向。特别优选结晶取向(220)的取向率为45%以上。如上所述，本发明的第一目的是实现耙内面的硬度。本发明中，使深锅状靶受到腐蚀的面的结晶取向为(220)主取向，但深锅状靶受到腐蚀的面不是全部的内面。即，深锅状靶的突缘部及底面中央部未受到腐蚀。更合适的是溅射粒子附着(deposit)的区域。这是深锅状靶的固有现象。应该很容易理解这些部位不需要以结晶取向为(220)主取向。换言之，即使这些部位为(220)主取向，其它结晶也可以具有取向，而不会引起特别的问题。另外，未受到腐蚀的突缘部及底部的中央为后述图2中A及F的部分，分别在耙整个内面的面积的约15%(A部)、8%(F部)的范围。如上所述，在深锅状靶内面的腐蚀部中，在(220)为主取向这一点上，具有特殊的溅射现象。下面对其进行说明。HCM靶通常靶的侧面被溅射，溅射的原子通过高密度等离子体被离子化并簇射到晶片上，但并非全部的原子都如上所述被离子化，溅射的原子飞向四面八方，也堆积于靶的底面侧。因此，为提高原子的离子化率，优选减少溅射的原子。通常，设计用于溅射的靶的腐蚀面，以提高溅射速率，但在以上述(220)为主取向时，通常的靶具有完全相反的功能。即，与溅射速率大的(111)取向相比，(220)主取向具有溅射速率更小的特征。这不如说是优选的现象，可减少溅射的原子的数量，提高原子的离子化率。因此，可相对增加簇射到晶片上的离子的数量。这样，由于可防止靶的无效溅射，从而具有可提高靶寿命的效果。如上，深锅状靶内部的腐蚀面上，(220)结晶取向占据大部分，从这一点上看也可以说这是非常优选的方式。特别是结晶取向(220)的取向率为45%以上，特别优选具备平均50%以上。如上所述，深锅状靶的突缘部及底部，由于不成为腐蚀部，因此，结晶取向(220)的取向率可以全部忽视。实施例下面，对实施例进行说明。需要说明的是，本实施例仅是用于表示本发明的一个例子，本发明并不限定于这些实施例。即，包括在本发明的技术思想中包含的其它方式及变形。另外，下面虽然也例示了比较例，但该比较例是现有制造工序中的例子。熔解/铸造铜(6N)材料，制成铸块。之后，在80(TC下对该铸块进行热揉锻。通过进行该热揉锻，可以破坏铸造组织，使气孔和偏析扩散及消失，得到了均匀组织的铸造品。然后，使用该热揉锻材料，在室温下以90%的加工比进行预成型。在迸行了该预成型后，以15(TC进行2小时的再结晶退火，调整结晶粒。由此，可以调整平均结晶粒径为65um以下的微细且均匀的结晶粒度。将这种具有微细且均匀的结晶的预成型材料模锻成深锅状靶。模锻在IO(TC下进行。图2是由该工序制作的深锅状靶的截面图。图2中A表示突缘部，B、C表示侧部，D表示连接部，E、F(中央)表示锅底部。另外，如上所述，在该图2的部位中，突缘部A和底部F在溅射时未受到腐蚀。通过X射线衍射(XRD)得到的结晶取向的强度规格化后的值(XRD峰强度除以JCPDS(卡号40836)的相对强度所得的值)如表1所示。表1X射线衍射结果(XRD峰强度除以JCPDS的相对强度所得的值)<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>如该表1所示，具备通过X射线衍射得到的(220)、(111)、(200)、(311)的结晶取向。而且，作为腐蚀部的BE全部以(220)为主取向。另外，可知具有该结晶取向中的(220)取向率为45%以上的特征。表2表示平均粒径。分别为A:64um、B:63Pm、C:61um、D:76um、E:50um、F:42um，平均结晶粒径最大部位的平均结晶粒径D和平均结晶粒径最小部位的平均结晶粒径d的关系为D/d二1.8。这样，可以制造没有粗大粒子或极其微小粒子的较均匀且具有微细组织的耙。在模锻中，虽然产生强烈受到上述那样的应变的部位和几乎未受到应变的部位，但在前工序的冷预成型/再结晶退火中已经将结晶粒调整至微细，只要进行本方法中的工序，就不会存在显著的粒子成长，与受到应变的部位的结晶粒径相比，也不会产生大的差异。<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>表3表示由上述工序制成的深锅状耙的维氏硬度(Hv)的测定结果。本来在Hv70以上就能够达到效果，但如该表3所示，可知分别为A:93、B:101、C:82、D:80、E:97、F:102，在所有的部位都超过Hv80，而且还具有高的强度。另外，与硬度Hv最高的部位相比，最低的部位的硬度差在土30%以内，可以确认具有均质的硬度。这是在冷预成型和低温下的再结晶退火中将结晶粒调整为微细的结晶粒的结果，也是本发明的显著特征之一。另外，如上所述，即使在深锅状靶的突缘部A，也能够实现Hv93的高硬度。这种突缘部A的高硬度化在防止变形上成为更优选的结果。另外，通过以(220)取向为主取向，可以减少溅射的原子的数量，提高原子的离子化率，相对增加簇射到晶片上的离子的数量，这可防止靶的无效溅射，因此，与溅射速率大的(111)取向相比，也确认了可以提高靶寿命的效果。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>(比较例)制作与实施例相同的铜(6N)铸块。通过冷锻该铸块，以50%的加工比进行冷预成型，在30(TC下进行2小时的再结晶退火。同样将该预成型材料在40(TC下模锻成深锅状的靶。模锻后在425"下再进行结晶粒均匀化/消除应力退火。与实施例相同，表1表示通过X射线衍射(XRD)得到的结晶取向的强度规格化后的值(XRD峰强度除以JCPDS(卡号40836)的相对强度所得的值)。如表1所示，具备通过X射线衍射得到的(220)、(111)、(200)、(311)的结晶取向，但该结晶取向中的(220)不一定为主取向，在腐蚀部的部位(D)中，主取向为(lll)，部位(E)的主取向成为(311)。这样，主取向各不相同，不能满足本发明的条件即(220)主取向的条件。与实施例相同，图2的E、F是锅底部，A是突缘部，B、C、D都是侧部的耙侧(溅射时受到腐蚀的侧部)，表2表示该靶内部的A、B、C、D、E、F的平均粒径。分别为A:88wm、B:91nm、C:88um、D:96um、E:86um、F:88um，结晶粒径超过85um而粗大化。另外，由比较例的工序制成的深锅状靶的维氏硬度(Hv)的测定结果同样示于表3。如该表3所示，分别为A:46、B:47、C:45、D:44、E:47、F:47，在所有部位都低于Hv50，没有足够的硬度。认为这种平均粒径的粗大化和硬度的降低是模锻温度及模锻后的退火温度过高所致。另外，如上所述，突缘部A的硬度为Hv46，不能得到足够的硬度，而成为不均匀的组织且强度不足，在靶突缘部产生了变形。另外，由于溅射速率大的(111)取向率整体高，因此存在如下倾向溅射的原子的数量多，原子的离子化率降低，簇射到晶片上的离子的数量相对减少。由于靶的无效溅射增多，因此与实施例相比，出现靶寿命降低的结果。工业实用性由于本发明具有如下效果，g卩，靶的各部位的硬度高且均匀，能够使结晶粒径微细且均匀，同时通过减少结晶方位的变动，可抑制靶的变形，且使溅射时的结核及颗粒的产生减少，可得到品质优良的溅射靶，因此，作为离子化溅射用铜靶材料是有用的。权利要求1.一种通过模锻制造的深锅状铜溅射靶，其特征在于，该深锅状靶内面的所有部位的维氏硬度Hv为70以上。2.如权利要求l所述的深锅状铜溅射靶，其特征在于，与硬度Hv最高的部位相比，最低的部位的硬度差在土30%以内。3.如权利要求1或2所述的深锅状铜溅射靶，其特征在于，靶组织中的平均结晶粒径为65um以下。4.如权利要求13中任一项所述的深锅状铜溅射靶，其特征在于，最大平均结晶粒径/最小平均结晶粒径<2.0。5.如权利要求14中任一项所述的深锅状铜溅射靶，其特征在于，深锅状靶内部的面具备通过X射线衍射得到的(220)、(111)、(200)、(311)的结晶取向，该深锅状靶的受到腐蚀的面的结晶取向为(220)主取向。6.如权利要求15中任一项所述的深锅状铜溅射靶，其特征在于，深锅状靶内部的面具备通过X射线衍射得到的(220)、(111)、(200)、(311)的结晶取向，该深锅状靶的受到腐蚀的面的(220)结晶取向的取向率为0.45%以上。全文摘要一种通过模锻制造的深锅状铜溅射靶，该深锅状靶内面的所有部位的维氏硬度Hv在70以上。靶组织中的平均结晶粒径为65μm以下。深锅状靶内部的面具备通过X射线衍射得到的(220)、(111)、(200)、(311)的结晶取向，该深锅状靶受到腐蚀的面的结晶取向为(220)主取向。本发明的课题在于，通过改良、设计锻造工序及热处理工序，得到能够稳定制造结晶粒径微细且均匀并且特性优良的溅射靶的方法、及由此得到的品质优良的溅射靶。文档编号C23C14/34GK101151398SQ200680010000公开日2008年3月26日申请日期2006年2月8日优先权日2005年3月28日发明者塚本志郎,福岛笃志申请人:日矿金属株式会社