CN102245795A - 用于溅射靶制造的圆形凹槽挤压机构和方法 - Google Patents

Abstract

一种利用圆形凹槽挤压制造金属靶坯件(1)的方法，包括在第一圆形凹槽挤压模具组(20A，20B)中将金属或金属合金靶坯件(1)挤压为第一同心褶皱形状，同时保持所述靶坯件(1)的初始直径以在所述靶坯件(1)中产生剪切变形的同心环。然后，通过平的模具组(30A，30B)向所述同心褶皱靶坯件(1)施加足够的力以大致变平所述靶坯件，同时保持所述靶坯件(1)的初始直径以将所述靶坯件(1)恢复为大致平的状态。在第二圆形凹槽模具组(40A，40B)中挤压所述靶坯件(1)为第二同心褶皱形状，同时保持所述靶坯件(1)的初始直径，其中，所述第二模具组(40A，40B)具有从所述第一模具组(20A，20B)的凹槽图案偏置的凹槽图案，从而在所述靶坯件的之前未变形的区域中产生剪切变形的同心环。通过平的模具组(30A，30B)再次向所述同心褶皱靶坯件(1)施加足够的力以大致变平所述靶坯件(1)，同时保持所述靶坯件(1)的初始直径以将所述靶坯件恢复为大致平的状态。

Description

用于溅射靶制造的圆形凹槽挤压机构和方法

相关申请的交叉引用

本发明要求于2008年10月10日提交的美国临时专利申请序列号No.61/195,800的优先权。

技术领域

本发明一般涉及溅射靶领域，更加特别地涉及利用圆形凹槽挤压制造溅射靶的方法。

背景技术

溅射靶需要特定的金相学特性以实现可接受的溅射一致性。典型地，金属靶通过组合形成。制造者依靠数种加工技术以从铝合金，如铝-铜、铝-硅和铝-硅-铜合金制造溅射靶。制造者传统地依靠包括锻造、挤压、退火和辊制的热-机械方法的组合来制造细颗粒的铝合金靶。退火再结晶颗粒以产生对于溅射有用的颗粒纹理。这些退火的靶的最终颗粒尺寸典型地在30-75μm的范围。

用于半导体制造的多数靶是盘形并且具有圆柱对称性。然而，典型的热-机械处理主要地基于单轴挤压、锻造和一个方向辊制。为了防止形成方向性纹理，有时使用交叉辊制。

发明内容

本发明提供一种利用圆形凹槽挤压制造金属靶坯件的方法。该方法包括在第一圆形凹槽挤压模具组中将金属或金属合金靶坯件挤压为第一同心褶皱形状，同时保持靶坯件的初始直径以在靶坯件中产生剪切变形的同心环。接下来，通过平的模具组向同心褶皱靶坯件施加足够的力以大致变平所述靶坯件，同时保持所述靶坯件的初始直径以将所述靶坯件恢复为大致平的状态。该方法然后包括在第二圆形凹槽模具组中挤压所述靶坯件为第二同心褶皱形状，同时保持所述靶坯件的初始直径，其中，所述第二模具组具有从所述第一模具组的凹槽图案偏置的凹槽图案，从而在所述靶坯件的之前未被变形的区域中产生剪切变形的同心环。然后，通过平的模具组再次向所述同心褶皱靶坯件施加足够的力以大致变平所述靶坯件，同时保持所述靶坯件的初始直径以将所述靶坯件恢复为大致平的状态。

本发明还旨在一种用于制造溅射靶坯件的圆形凹槽挤压机构。所述圆形凹槽挤压机构包括用于圆形地褶皱靶坯件为具有凹槽的第一凹槽模具组，和用于在所述第一模具组中未变形的区域中褶皱所述靶坯件的第二凹槽模具组，其具有与所述第一模具组中的凹槽尺寸相同的凹槽尺寸。所述机构还包括在第一和第二模具组中间与靶坯件一起使用的用于变平所述靶坯件的模具组。

本发明的这些和其它特征和优点在附图中阐述，并且更全面地公开于如下详细描述中。

附图说明

当结合附图考虑以下描述时，本发明在此公开的实施方式的结构、操作和优点将变得明显。

图1是根据本发明的示例性实施方式的用于对靶坯件进行圆形凹槽挤压的挤压机的一部分的透视图；

图2A是与用于圆形凹槽挤压的挤压机一起使用的第一模具组的透视图；

图2B是图2A的第一模具组的平面图；

图2C是沿图2B的线2C-2C剖开的第一模具组的横截面示图；

图3是与用于圆形凹槽挤压的挤压机一起使用的平的模具组的透视图；

图4A是与用于圆形凹槽挤压的挤压机一起使用的第二模具组的透视图；

图4B是图4A的第二模具组的平面图；

图4C是沿图4B的线4C-4C剖开的第二模具组的横截面示图；

图5示出在利用圆形凹槽挤压制造的靶上的百分比标准偏差49点电阻测试的结果，g是在升高的传输位置中示例的两个踏板提升机构的侧面立视图。

具体实施方式

现在将参照附图在以下详细描述中描述本发明，其中，示例性实施方式详细地被描述以使本发明能够实施。尽管参照特定的示例性实施方式描述了本发明，但是应当理解本发明并不限于这些示例性实施方式。相反，本发明包括多种替代方式、改进，和等同实施方式，这将从如下详细的描述的考虑中变得明显。

现在参照附图，本发明提供了通过如图1所示的挤压机1利用圆形凹槽挤压制造整体的溅射靶的方法。本发明包括初始地插入大致平的和圆形形状的靶坯件10至挤压机1中。靶坯件可以是由任何延展性金属或合金制成，包括Al、Al合金、Cu和Cu合金、Ta和Ta合金以及其它的在室温或升高的温度下可以塑性形变的金属。如下所述，多个模具与挤压机1一起使用以在靶坯件10中产生剪切变形。在一个实施方式中，靶坯件具有约13英寸(33cm)的直径和1.25英寸(3.175cm)的厚度，尽管在不背离本发明的范围的情况下可以使用其它的尺寸。

在第一挤压步骤中，第一组模具，包括如图2A-C中所示的下模具20A和上模具20B，与挤压机1一起使用。包壳圆柱体(containment cylinder)12被用来维持挤压的靶坯件10的直径在挤压步骤期间大致不变。第一模具组20A，20B具有形成于其中的一个或多个同心凹槽。如图2C中模具组20A，20B的截面示图所示，凹槽通过具有倾斜壁的由符号A标记的模具的同心部分形成。倾斜壁优选地具有理想地在约120°至约150°之间的范围内的角度α，更优选具有角度α为135°。标记有符号B的模具组的其它部分是平的。为了清楚，并非模具组的所有部分都被标记，本领域技术人员基于合理的工程判断，将理解到通过改变倾斜的部分和平的部分的宽度和/或通过改变模具组的直径可以在模具组20A，20B中形成不同数量的凹槽。

当在该第一步骤中挤压靶坯件10时，上和下模具20A，20B的相对表面互相靠近直至它们隔开与靶坯件的厚度大致相等的距离。通过挤压机1施加至靶坯件10的力导致在模具20A，20B的倾斜的部分A之间的靶坯件的那些区域通过经受剪切变形被挤压为同心褶皱形状。在模具20A，20B的倾斜的部分B之间的靶坯件10的那些区域不经受任何实质的剪切变形。包壳圆柱体12维持挤压的靶坯件10的直径在挤压步骤期间大致不变。因此，第一模具组20A，20B最初用在挤压机1中以在靶坯件10的特定的同心部分中产生剪切变形的同心环。图1示出在第一挤压步骤后去除底板20A的包壳环中的靶坯件，从而靶坯件具有经受剪切变形的同心环部分。

在第二步骤中，第一组模具20A，20B被如图3所示的具有相等的底部和顶部平坦部的一组平模具30A，30B代替。通过平的模具组30A，30B施加足够的力至同心褶皱靶坯件以恢复大致平的表面。当然，本领域技术人员将理解在不背离本发明的范围的情况下，通过替换模具，可以使用相同的挤压机1用于该方法的各个步骤，或者可以将靶坯件从具有第一组模具的第一挤压机1移动至具有第二组模具的第二挤压机。这也适用于下述的各个后续步骤。包壳圆柱体12限定了在第二挤压步骤期间靶坯件10的直径在大致上一致的直径。

在第三步骤中，包括如图4A-C中所示的下模具40A和上模具40B的第二组凹槽模具与挤压机1一起使用。包壳圆柱体12还维持挤压的靶坯件10的直径在该挤压步骤期间大致不变。第二模具组40A，40B还具有形成于其中的一个或多个同心凹槽，以通过与第一模具组中凹槽尺寸相等但偏置例如一个周期的凹槽来使靶坯件10产生圆形褶皱，从而第二模具组在未被第一模具组20A，20B变形的区域中使靶坯件10褶皱。如图4C中第二模具组40A，40B的截面示图所示，在第二模具组中的凹槽从第一模具组中的凹槽偏置，从而使得标记有符号A’的模具的同心部分现在具有平的壁和标记有符号B’的模具组的其它部分现在具有倾斜的壁。当在该第三步骤中挤压靶坯件10时，上和下模具40A，40B的相对表面互相靠近直至它们被隔开与靶坯件的厚度大致相等的距离，从而使在第一步骤中靶坯件未变形的部分变形。通过挤压机1施加至靶坯件10的力导致在模具40A，40B的倾斜的部分B’之间的靶坯件的那些区域经受剪切变形。模具40A，40B的平的部分A’之间的靶坯件10的那些区域不经受任何实质的剪切变形。包壳圆柱体12维持挤压的靶坯件10的直径在该挤压步骤期间大致不变。因此，第二模具组40A，40B被用于挤压机1中以在靶坯件10的在上述第一挤压步骤中未经受剪切变形的偏置的同心部分中产生剪切变形。

在第四步骤中，具有相同的底部和顶部平坦部的平模具30A，30B被用来再次使靶坯件10变平，同时包壳圆柱体12限定靶坯件10的直径在大致上一致的直径。

然后，靶坯件被用来制造溅射靶或者如果理想，可以在凹槽模具中经受另外的挤压以累积更多的形变。因此，本领域技术人员将理解可以重复挤压步骤直至靶坯件片被转变为具有理想的微结构、改善的粒径和改进的机械性能(即，强度)的产品。圆形凹槽挤压产生具有圆柱对称性的靶坯件10，因此，为靶坯件冶金提供圆柱对称性。

在经受如上所述的圆形凹槽挤压后，靶坯件10可以具有除了增加的强度之外的其它的有益性能。挤压顺序在靶坯件10中形成纹理，而这通过传统的轧制不能实现。在利用针对坚固的<200>纹理材料优化的磁铁完成测试后，据信圆形凹槽挤压过程使<200>方向倾斜约45度。因此，可以操控溅射束，从而更小的直径靶可以产生改进的均一性。随着晶片直径的增加，靶直径按比例增加。如果溅射靶可以更接近晶片尺寸，据信可以制备更有效的室。径向-倾斜的纹理可以与针对倾斜优化的磁铁结合以形成材料和空间更有效的物理蒸汽沉积系统。

任选地，圆形凹槽挤压方法还可以包括在四个挤压步骤的一个或多个之后退火靶坯件。另外地，在一个实施方式中，在一个或多个挤压步骤之前，加热和/或冷却靶坯件。

实施例1

挤压并轧制Al-0.2％Si-0.5％Cu合金锭以形成具有13英寸直径和1.25英寸厚度的盘。利用两轮的凹槽挤压和两轮变平来圆形凹槽挤压靶坯件，使得最终的盘还是13英寸直径和1.25英寸厚度。不进行退火。

然后，靶坯件被加工以形成12.5英寸DIA×1.1”靶坯件并被分析以测量圆形挤压的材料的机械性能。从加工盘切割出标准的测试样品并测量拉伸强度。结果示于表1中。

表1

因此，可以看出处理后的材料相比于初始的材料增加约50％的拉伸强度。

实施例2

挤压并轧制Al-0.2％Si-0.5％Cu合金锭以形成具有13英寸DIA×1.25厚度的盘，并被用来生产圆形凹槽挤压靶坯件。使用两轮凹槽挤压和两轮变平使得最终的盘还是13”DIA×1.25”厚。在该情形中，未使用退火。

然后，该靶坯件被加工以形成12.5”DIA×1.1”靶坯件并被分析以测量圆形挤压的材料的结晶粒径均一性。结果示于表2中。

表2

实施例3

挤压并轧制Al-0.2％Si-0.5％Cu合金锭以形成13”DIA×1.25”厚的盘，然后该靶坯件被用来生产圆形凹槽挤压靶坯件。使用两轮凹槽挤压和两轮变平使得最终的盘还是13”DIA×1.25”厚。在该情形中，未利用退火。

然后，该靶坯件被加工以形成12.5”DIA×1.1”靶坯件并被用来生产标准的Endura靶(12.98”DIX×0.25”厚)，然后进行溅射以研究薄膜沉积的均一性。

图5示出了通过49点电阻探针测量，该膜的均一性处于＜2.5％的可接受的水平。

尽管已参照特定的示例性实施方式示出和描述了本发明，但明显的是在阅读并理解了本说明书后，本领域技术人员可以做出等同的改变和改进。本发明包括所有的上述等同改变和改进，并且本发明由权利要求书的范围限定。

Claims (8)

1.一种利用圆形凹槽挤压制造金属靶坯件的方法，包括如下步骤：

a.在第一圆形凹槽挤压模具组中将金属或金属合金靶坯件挤压为第一同心褶皱形状，同时保持所述靶坯件的初始直径以在所述靶坯件中产生剪切变形的同心环；

b.通过平的模具组向所述同心褶皱靶坯件施加足够的力以大致使所述靶坯件变平，同时保持所述靶坯件的初始直径以将所述靶坯件恢复为大致平的状态；

c.在第二圆形凹槽模具组中挤压所述靶坯件为第二同心褶皱形状，同时保持所述靶坯件的初始直径，其中，所述第二模具组具有从所述第一模具组的凹槽图案偏置的凹槽图案，从而在所述靶坯件的在步骤a)中未变形的区域中产生剪切变形的同心环；和

d.通过平的模具组向所述同心褶皱靶坯件施加足够的力以大致使所述靶坯件变平，同时保持所述靶坯件的初始直径以将所述靶坯件恢复为大致平的状态。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述第二凹槽模具组具有形成于其中的同心凹槽，用于使所述靶坯件产生圆形褶皱，所述凹槽的尺寸大致与所述第一模具组中的凹槽的尺寸相同，但是偏置了一个周期。

3.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括重复步骤a)、b)、c)和d)。

4.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括在步骤a)-d)的一个或多个之后退火所述靶坯件的步骤。

5.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括在步骤a)-d)的一个或多个之前加热所述靶坯件的步骤。

6.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括在步骤a)-d)的一个或多个之前冷却所述靶坯件的步骤。

7.用于制造溅射靶坯件的圆形凹槽挤压机构，所述圆形凹槽挤压机构包括：

a.具有凹槽的第一凹槽模具组，用于使所述靶坯件形成圆形褶皱；

b.第二凹槽模具组，用于在所述第一模具组中未变形的区域中使所述靶坯件形成褶皱，该第二凹槽模具组具有与所述第一模具组中的凹槽尺寸相同的凹槽尺寸；和

c.用于变平所述靶坯件的模具组。

8.如权利要求7所述的圆形凹槽挤压机构，其中，所述第二凹槽模具组具有形成于其中的同心凹槽，用于使所述靶坯件形成圆形褶皱，其凹槽的尺寸大致与所述第一模具组中的凹槽尺寸相同，但是偏置了一个周期。

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