DE112015000124T5 - Herstellungsverfahren für zylindrisches Sputter-Target-Material - Google Patents

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Abstract

Ein Herstellungsverfahren für ein zylindrisches Sputter-Target-Material, gebildet aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, wird angegeben, wobei das Verfahren umfasst: einen kontinuierlichen Gussschritt zum Gießen eines zylindrischen Barrens mit einem durchschnittlichen Kristallkorndurchmesser von gleich oder kleiner als 20 mm unter Verwendung einer kontinuierlichen Gussmaschine oder einer halb-kontinuierlichen Gussmaschine; und einen Kaltbearbeitungsschritt und einen Wärmebehandlungsschritt zum wiederholten Durchführen der Kaltbearbeitung und einer Wärmebehandlung in Bezug auf den zylindrischen Barren zur Bildung des zylindrischen Sputter-Target-Materials, worin ein durchschnittlicher Kristallkorndurchmesser einer äußeren peripheren Oberfläche von 10 bis 150 µm ist und ein Anteil der Fläche von Kristallkörnern mit einem Kristallkorndurchmesser von mehr als dem Doppelten des durchschnittlichen Kristallkorndurchmessers weniger als 25 % der gesamten Kristallfläche ist.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für ein zylindrisches Sputter-Target-Material, das ein Material für zylindrisches Sputter-Target ist, das zum Sputtern eines dünnen Filmes verwendet wird, der aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gebildet ist.
  • Die Priorität der japanischen Patentanmeldung 2014-081702 , angemeldet am 11. April 2014, wird beansprucht, wobei deren Inhalt hierin durch Bezugnahme eingefügt wird.
  • HINTERGRUND
  • Im Stand der Technik wird Al oder eine Al-Legierung in großem Umfang als Verdrahtungsschicht, wie Flachbildschirme, ein Flüssigkristall- oder organisches El-Panel oder Touch-Panel verwendet. In den letzten Jahren ist es erforderlich, dass die Verdrahtungsschicht miniaturisiert wird (eine enge Breite hat) und eine kleine Dicke hat, und eine Verdrahtungsschicht mit einem niedrigeren spezifischen Widerstand als bei der Verdrahtungsschicht in dem Stand der Technik ist gewünscht.
  • Daher wird ein Verdrahtungsfilm unter Verwendung von Kupfer oder Kupferlegierung, das/die ein Material mit einem geringeren spezifischen Widerstand als Al oder Al-Legierung ist, vorgesehen, um das Bedürfnis zur Miniaturisierung und kleinen Dicke der Verdrahtungsschicht wie oben beschrieben zu erfüllen.
  • Ein Sputter-Verfahren unter Verwendung eines Sputter-Targets wird im Allgemeinen verwendet bei Bildung einer solchen Verdrahtungsschicht (dünner Film) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung auf einem Substrat.
  • Als oben beschriebenes Sputter-Target wurde ein flaches Sputter-Target, das in PTL 1 offenbart ist, oder ein zylindrisches Sputter-Target vorgeschlagen, das in PTL 2 offenbart ist.
  • Das zylindrische Sputter-Target hat eine äußere periphere Oberfläche als Sputter-Oberfläche, und das Sputtern erfolgt, während das Target rotiert. Demzufolge ist Sputtern unter Verwendung des zylindrischen Sputter-Targets geeignet für die kontinuierliche Filmbildung im Vergleich zu der Verwendung eines flachen Sputter-Targets, und eine ausgezeichnete Effizienz bei der Verwendung des Targets wird erhalten.
  • Wie in PTL 2 offenbart ist, wird das zylindrische Sputter-Target, das oben beschrieben ist, hergestellt durch Durchführen eines Heißarbeitsschrittes (Heißwalzschritt und Heißextrusionsschritt), eines Ziehschrittes und eines Vergütungsschrittes. D.h., im Stand der Technik wird eine zylindrische Form gebildet durch Durchführen der Bearbeitung durch Erwärmen eines säulenförmigen Barrens auf eine bestimmte Temperatur, die gleich oder höher ist als die Rekristallisationstemperatur, und dann wird ein zylindrisches Sputter-Target mit einer bestimmten Form durch weiteres Durchführen der Bearbeitung und einer Wärmebehandlung gebildet.
  • LISTE DER DRUCKSCHRIFTEN
  • PATENTDOKUMENTE
    • [PTL 1] Japanisches Patent 4974198
    • [PTL 2] ungeprüfte japanische Patentanmeldung, erste Veröffentlichung 2012-111994
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • TECHNISCHES PROBLEM
  • Bei dem Herstellungsverfahren eines zylindrischen Sputter-Target-Materials, das in PTL 2 offenbart ist, erhöht sich, weil eine zylindrische Form gebildet wird durch Durchführen der Heißbearbeitung (Heißwalzen und Heißextrusion), durch Erwärmen eines Barrens auf eine bestimmte Temperatur, die gleich oder höher ist als eine Rekristallisationstemperatur, die Menge des Energieverlustes, die Produktionseffizienz ist gering und die Herstellungskosten erhöhen sich signifikant.
  • Zusätzlich wird gemäß PTL 2 sauerstofffreies Kupfer als Target verwendet, wenn aber eine Kupferlegierung, zu der verschiedene Elemente gegeben werden, als Target verwendet wird, erhöht sich die Deformationsresistenz bei hoher Temperatur entsprechend der Zusammensetzung davon, und demzufolge kann eine zylindrische Form nicht durch Heißbearbeiten erhalten werden.
  • Diese Erfindung wird unter Berücksichtigung dieser Umstände gemacht, und ein Ziel davon ist, ein Herstellungsverfahren für ein zylindrisches Sputter-Target-Material anzugeben, das effizient ein zylindrisches Sputter-Target-Material, gebildet aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, bei niedrigen Kosten und unter gleichmäßiger Miniaturisierung der Kristallkorndurchmesser einer äußeren peripheren Oberfläche herstellen kann.
  • Lösung des Problems
  • Zur Lösung der oben beschriebenen Probleme wird gemäß einem Aspekt dieser Erfindung ein Herstellungsverfahren eines zylindrischen Sputter-Target-Materials aus Kupfer oder einer Kupferlegierung angegeben, wobei das Verfahren umfasst: einen kontinuierlichen Gussschritt zum kontinuierlichen Gießen eines zylindrischen Barrens unter Verwendung einer kontinuierlichen Gussmaschine oder einer halb-kontinuierlichen Gussmaschine; und einen Kaltbearbeitungsschritt und einen Wärmebehandlungsschritt zum wiederholten Durchführen der Kaltbearbeitung und einer Wärmebehandlung in Bezug auf den zylindrischen Barren zur Bildung des zylindrischen Sputter-Target-Materials, worin ein durchschnittlicher Kristallkorndurchmesser des zylindrischen Barrens auf gleich oder kleiner als 20 mm in dem kontinuierlichen Gussschritt eingestellt wird und ein durchschnittlicher Kristallkorndurchmesser einer äußeren peripheren Oberfläche des zylindrischen Sputter-Target-Materials 10 bis 150 µm ist und ein Anteil der Fläche der Kristallkörner mit einem Kristallkorndurchmesser von mehr als dem Doppelten durchschnittlichen Kristallkorndurchmessers weniger als 25 % der gesamten Kristallfläche in dem Kaltbearbeitungsschritt und dem Wärmebehandlungsschritt ist.
  • Gemäß dem Herstellungsverfahren eines zylindrischen Sputter-Target-Materials dieser Erfindung, das wie oben konfiguriert ist, ist es möglich, weil der kontinuierliche Gussschritt zum kontinuierlichen Gießen des zylindrischen Barrens mit einem durchschnittlichen Kristallkorndurchmesser von gleich oder kleiner als 20 mm unter Verwendung einer kontinuierlichen Gießmaschine oder einer halb-kontinuierlichen Gießmaschine enthalten ist, den Heißbearbeitungsschritt wegzulassen, um einen Barren mit einer zylindrischen Form zu bilden. Weil das kontinuierliche Gießen durchgeführt wird, ist es auch möglich einen zylindrischen Barren mit einer bestimmten Länge zu erhalten. Demzufolge ist es möglich, die Herstellungskosten für das zylindrische Sputter-Target signifikant zu reduzieren. Weil eine zylindrische Form durch Durchführen des Heißbearbeitens in Bezug auf den Barren nicht gebildet wird, ist es zusätzlich möglich, effizient ein zylindrisches Sputter-Target herzustellen, selbst wenn eine Kupferlegierung mit hoher Deformationsresistenz bei hoher Temperatur ein Target ist.
  • Weil der durchschnittliche Kristallkorndurchmesser des zylindrischen Barrens gleich oder kleiner als 20 mm ist, ist es möglich, ein zylindrisches Sputter-Target-Material zu erzeugen, bei dem der durchschnittliche Kristallkorndurchmesser einer äußeren peripheren Oberfläche eines zylindrischen Sputter-Target-Materials, das gebildet werden soll, von 10 bis 150 µm ist und ein Anteil der Fläche von Kristallkörnern mit einem Kristallkorndurchmesser, der mehr als das Doppelte des durchschnittlichen Kristallkorndurchmesser ist, weniger als 25 % der gesamten Kristallfläche ist, indem wiederholt die Kaltbearbeitung und die Wärmebehandlung mit dem zylindrischen Barren durchgeführt wird. Weil die äußere periphere Oberfläche, die oben beschrieben ist, eine Sputter-Oberfläche ist, ist es zusätzlich möglich, ein zylindrisches Sputter-Target herzustellen, worin die Kristallkorndurchmesser der Sputter-Oberfläche gleichmäßig miniaturisiert sind. Durch Einstellen des durchschnittlichen Kristallkorndurchmessers der äußeren peripheren Oberfläche des zylindrischen Sputter-Target-Materials auf 10 bis 150 µm und des Anteils der Fläche der Kristallkörner mit einem Kristallkorndurchmesser von mehr als dem Doppelten des durchschnittlichen Kristallkorndurchmessers auf weniger als 25 % der gesamten Kristallfläche ist es möglich, die Zahl des Auftretens einer abnormalen elektrischen Entladung, die zum Zeitpunkt des Sputterns auftreten, zu vermindern.
  • Bei dem Herstellungsverfahren eines zylindrischen Sputter-Target-Materials gemäß dem Aspekt dieser Erfindung kann ein Rohr-Expansionsschritt zum Erhöhen eines Außendurchmessers vor und nach dem Bearbeiten in einem Bereich von mehr als 0 % und gleich oder kleiner als 30 % und Ändern einer Schnittfläche nach der Bearbeitung auf einen Bereich von –10 % bis +10 % einer Schnittfläche vor dem Bearbeiten zumindest einmal als Kaltbearbeitungsschritt durchgeführt werden.
  • In diesem Fall ist es möglich, weil der Rohr-Expansionsschritt zur Erhöhung eines Außendurchmessers vor und nach dem Bearbeiten in einem Bereich von mehr als 0 % und gleich oder kleiner als 30 % und die Änderung einer Schnittfläche nach der Bearbeitung auf einen Bereich von –10 % bis +10 % einer Schnittfläche vor dem Bearbeiten enthalten ist, ein zylindrisches Sputter-Target-Material mit einem größeren Durchmesser als bei dem zylindrischen Barren, erhalten in dem kontinuierlichen Gussschritt, zu bilden. Durch Durchführen des Rohr-Expansionsschrittes ist es möglich, eine hohe Arbeitsfähigkeit der Kaltbearbeitung zu erzielen, unter Erhalt von weiter miniaturisierten Kristallkörnern.
  • Bei dem Herstellungsverfahren eines zylindrischen Sputter-Target-Materials gemäß dem Aspekt dieser Erfindung kann eine Wärmebehandlungstemperatur von 400 bis 900°C sein und die Aufrechterhaltungszeit in dem Bereich einer Wärmebehandlungstemperatur kann in einem Bereich von 15 bis 120 Minuten in dem Wärmebehandlungsschritt sein.
  • In diesem Fall ist es möglich, weil die Wärmbehandlung unter den Bedingungen durchgeführt wird, dass die Wärmebehandlungstemperatur von 400 bis 900°C ist und die Aufrechterhaltungszeit in dem Bereich der Wärmebehandlungstemperatur in einem Bereich von 15 bis 120 Minuten liegt, die Arbeitsspannung, die durch die Kaltbearbeitung erzeugt wird, zu reduzieren und wiederholt die Kaltbearbeitung durchzuführen. Zusätzlich ist es bei dem Wärmebehandlungsschritt möglich, die Erzeugung von groben Kristallkörnern zu verhindern. Daher ist es möglich, ein zylindrisches Sputter-Target-Material zuverlässig herzustellen, worin Kristallkorndurchmesser einer äußeren peripheren Oberfläche gleichmäßig miniaturisiert sind.
  • VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
  • Gemäß dieser Erfindung ist es möglich, ein Herstellungsverfahren eines zylindrischen Sputter-Target-Materials anzugeben, das effizient ein zylindrisches Sputter-Target-Material, gebildet aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, mit niedrigen Kosten herstellen kann, und gleichmäßig die Kristallkorndurchmesser in der äußeren peripheren Oberfläche zu miniaturisieren.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein schematisches erläuterndes Diagramm eines zylindrischen Sputter-Target-Materials, das durch ein Herstellungsverfahren für ein zylindrisches Sputter-Target-Material gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung hergestellt wird.
  • 2 ist ein Fließdiagramm eines Herstellungsverfahrens eines zylindrischen Sputter-Target-Materials gemäß dem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
  • BESTE ART ZUR DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • Nachfolgend wird ein Herstellungsverfahren für ein zylindrisches Sputter-Target-Material gemäß dem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.
  • Ein zylindrisches Sputter-Target-Material (10) als Material eines zylindrischen Sputter-Targets, das verwendet wird bei Bildung eines dünnen Films (Verdrahtungsschicht), gebildet aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, auf einem Glassubstrat oder dergleichen durch Durchführen des Sputterns wird hergestellt durch das Herstellungsverfahren für ein zylindrisches Sputter-Target-Material gemäß dem Ausführungsbeispiel.
  • <Zylindrisches Sputter-Target-Material>
  • Wie in 1 gezeigt ist, hat das zylindrische Sputter-Target-Material (10) eine zylindrische Form, ein äußerer Durchmesser D ist in einem Bereich, der die Beziehung 140 mm ≤ D ≤ 180 mm erfüllt, ein Innendurchmesser d davon ist in einem Bereich, der die Beziehung 110 mm ≤ L ≤ 135 mm erfüllt, und eine Länge L davon ist in einem Bereich, der die Beziehung 1.000 mm ≤ L ≤ 4.000 mm erfüllt, wobei dies ein Beispiel ist.
  • Eine äußere periphere Oberfläche (11) des zylindrischen Sputter-Target-Materials (10) ist eine Sputter-Oberfläche eines zylindrischen Sputter-Targets.
  • Das zylindrische Sputter-Target-Material (10) ist aus Kupfer oder einer Kupferlegierung mit einer Zusammensetzung gemäß einem dünnen Film, der aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gebildet werden soll, konfiguriert.
  • Das zylindrische Sputter-Target-Material (10) des Ausführungsbeispiels ist konfiguriert mit reinem Kupfer wie sauerstofffreiem Kupfer, zähgepoltem Kupfer oder 4N-Kupfer oder einer Kupferlegierung, umfassend eine Art oder zwei oder mehrere Arten, ausgewählt aus Mg, Al, Ag, Ti, Zr, Mn, Ca, Cr, Sn, Ni, Zn, Co und P. Insbesondere ist der Gesamtgehalt von einer Art oder zwei oder mehreren Arten, ausgewählt aus Mg, Al, Ag, Ti, Zr, Mn, Ca, Cr, Sn, Ni, Zn, Co und P, bevorzugt in einem Bereich von 0,001 bis 10 Masse%.
  • Verschiedene Eigenschaften, wie Widerstand, Wärmeresistenz, Korrosionsresistenz und dergleichen, sind für den oben beschriebenen dünnen Film erforderlich, und verschiedene Kupfer oder Kupferlegierungen werden verwendet. In dem Ausführungsbeispiel werden daher beispielsweise als Kupferlegierungen, die das zylindrische Sputter-Target-Material (10) konfigurieren, eine Legierung aus Cu-0,002 bis 2 Masse% Mg, eine Legierung aus Cu-0,001 bis 10 Masse% Al, eine Legierung aus Cu-0,001 bis 10 Masse% Mn, eine Legierung aus Cu-0,05 bis 4 Masse% Ca, eine Legierung aus Cu-0,01 bis 10 Masse% Ag und dergleichen verwendet.
  • In der Kupferlegierung, die verschiedene Elemente enthält, wie oben beschrieben, neigt die Deformationsresistenz (Deformationsspannung) bei hoher Temperatur zur Erhöhung im Vergleich zu reinem Kupfer wie sauerstofffreiem Kupfer, und eine Kupferlegierung, worin die Deformationsresistenz (Deformationsspannung) bei 600°C gleich oder größer als 50 N/mm2 ist, ist beispielsweise ebenfalls enthalten. Es ist schwierig, eine solche Kupferlegierung mit hoher Deformationsresistenz bei hoher Temperatur in einer zylindrischen Form durch Durchführen der Heißbearbeitung in Bezug auf einen Säulenbarren beispielsweise zu bilden.
  • Bei dem zylindrischen Sputter-Target-Material (10), das durch das Herstellungsverfahren eines zylindrischen Sputter-Target-Materials des Ausführungsbeispiels hergestellt werden soll, ist ein durchschnittlicher Kristallkorndurchmesser der äußeren peripheren Oberfläche 10 bis 150 µm und ein Anteil der Fläche der Kristallkörner mit einem Kristallkorndurchmesser von mehr als dem Doppelten durchschnittlichen Kristallkorndurchmessers ist weniger als 25 %.
  • Nach Berechnen des durchschnittlichen Kristallkorndurchmessers werden Kristallkörner mit einem Kristallkorndurchmesser, der mehr als das Doppelte des durchschnittlichen Kristallkorndurchmesser ist, spezifiziert, der Kristallkorndurchmesser davon wird gemessen und die Zahl davon wird gezählt, eine Fläche der Kristallkörner mit einem Kristallkorndurchmesser von mehr als dem Doppelten des durchschnittlichen Kristallkorndurchmessers wird berechnet, und Kristallkorndurchmesser von allen beobachteten Kristallkörnern werden gemessen und die Zahl davon wird gezählt, zum Berechnen der gesamten Fläche und demzufolge wird der Anteil der Fläche der Kristallkörner mit einem Kristallkorndurchmesser von mehr als dem Doppelten des durchschnittlichen Kristallkorndurchmessers erhalten.
  • <Herstellungsverfahren des zylindrischen Sputter-Target-Materials>
  • Zur Herstellung des zylindrischen Sputter-Target-Materials (10) mit der oben beschriebenen Konfiguration enthält das Herstellungsverfahren eines zylindrischen Sputter-Target-Materials des Ausführungsbeispiels einen kontinuierlichen Gussschritt (S01) zum kontinuierlichem Gießen eines zylindrischen Barrens unter Verwendung einer kontinuierlichen Gussmaschine oder einer halb-kontinuierlichen Gussmaschine, einen Kaltbearbeitungsschritt (S02) zum Durchführen der Kaltbearbeitung in Bezug auf den zylindrischen Barren und einen Wärmbehandlungsschritt (S03) zum Durchführen einer Wärmebehandlung für ein zylindrisches bearbeitetes Material, mit dem der Kaltbearbeitungsschritt (S02) durchgeführt ist. In dem Ausführungsbeispiel werden der Kaltbearbeitungsschritt (S02) und der Wärmebehandlungsschritt (S03) wiederholt durchgeführt, und bei dem Kaltbearbeitungsschritt (S02) wird die Kaltbearbeitung für den zylindrischen Barren und das zylindrische bearbeitete Material, erhalten von dem zylindrischen Barren, mit dem die Kaltbearbeitung und die Wärmebehandlung durchgeführt ist, durchgeführt.
  • Bei dem kontinuierlichen Gussschritt (S01) wird ein zylindrischer Barren kontinuierlich hergestellt unter Verwendung von verschiedenen Gussmaschinen, wie einer vertikalen kontinuierlichen Gussmaschine, einer horizontalen kontinuierlichen Gussmaschine und einer halb-kontinuierlichen Gussmaschine, und wird zu einer bestimmten Länge geschnitten. Bei dem kontinuierlichen Gussschritt (S01) werden die Gussbedingungen so eingestellt, dass ein durchschnittlicher Kristallkorndurchmesser des erhaltenen zylindrischen Barrens gleich oder kleiner als 20 mm ist. Spezifisch wird eine Ziehgeschwindigkeit so eingestellt, dass eine Kühlgeschwindigkeit des Barrens gleich oder höher als 100°C/min ist, indem die Primärkühlung und Sekundärkühlung entsprechend den Dimensionen des Barrens eingestellt werden. Bei Verwendung einer vertikalen kontinuierlichen Gussmaschine wird das Primärkühlen durchgeführt unter Verwendung einer Graphitform, die mit einer Wasser-Kühlummantelung bedeckt ist, und das Sekundärkühlen wird unter Verwendung einer Wasser-Kühldusche durchgeführt. Bei Verwendung einer horizontalen kontinuierlichen Gussmaschine wird das Kühlen durch die Menge an Kühlwasser gesteuert, das zu der Graphitform fließt, die mit einer Wasser-Kühlummantelung bedeckt ist. Zusätzlich ist bevorzugt, dass ein durchschnittlicher Kristallkorndurchmesser des zylindrischen Barrens fein ist, aber wenn der durchschnittliche Kristallkorndurchmesser davon kleiner als 0,01 mm ist, sind signifikante Kosten für die Produktionsanlage erforderlich, und demzufolge ist der durchschnittliche Kristallkorndurchmesser des zylindrischen Barrens wünschenswert in einem Bereich von 0,01 bis 20 mm. Ein unterer Grenzwert des durchschnittlichen Kristallkorndurchmessers des zylindrischen Barrens ist mehr wünschenswert 1 mm, aber es gibt keine Beschränkung.
  • Wenn der durchschnittliche Kristallkorndurchmesser des zylindrischen Barrens 20 mm übersteigt kann, selbst wenn der Kaltbearbeitungsschritt (S02) und der Wärmebehandlungsschicht (S03) wiederholt durchgeführt werden, der durchschnittliche Kristallkorndurchmesser der äußeren peripheren Oberfläche des zylindrischen Sputter-Target-Materials (10) nicht 10 bis 150 µm sein und der Anteil einer Fläche von Kristallkörnern mit einem Kristallkorndurchmesser, der nicht mehr als das Doppelte des durchschnittlichen Kristallkorndurchmessers ist, kann nicht weniger als 25 % der gesamten Kristallfläche sein. Demzufolge wird in dem Ausführungsbeispiel der durchschnittliche Kristallkorndurchmesser des zylindrischen Barrens auf gleich oder kleiner als 20 mm eingestellt. Zum zuverlässigen Entfalten der Bedingungen, die oben beschrieben sind, ist der durchschnittliche Kristallkorndurchmesser des zylindrischen Barrens bevorzugt gleich oder kleiner als 20 mm und mehr bevorzugt gleich oder kleiner als 12 mm.
  • Bezüglich des durchschnittlichen Kristallkornmessers des zylindrischen Barrens ist es bevorzugt, dass eine Kristallstruktur einer äußeren peripheren Oberfläche, die eine Sputter-Oberfläche ist, in dem zylindrischen Sputter-Target als Target eingestellt wird. Wenn der zylindrische Barren eine isometrische Kristallstruktur hat, wird ein horizontaler Querschnitt des zylindrischen Barrens beobachtet, und der durchschnittliche Kristallkorndurchmesser davon kann gleich oder kleiner als 20 mm sein. Insbesondere neigt eine Kupferlegierung, zu der verschiedene Elemente gegeben sind, dazu, eine isometrische Kristallstruktur zu haben, und demzufolge kann der durchschnittliche Kristallkorndurchmesser davon gemessen werden durch Beobachten der Struktur wie oben beschrieben.
  • Wenn der zylindrische Barren eine säulenartige Kristallstruktur hat, kann der durchschnittliche Kristallkorndurchmesser der äußeren peripheren Oberfläche des zylindrischen Barrens gleich oder kleiner als 20 mm sein. Spezifisch in der Säulenkristallstruktur, worin Kristalle von der äußeren peripheren Oberfläche des zylindrischen Barrens in Richtung zur Innenseite in radialer Richtung wachsen, ist es bevorzugt, dass der durchschnittliche Kristallkorndurchmesser der äußeren peripheren Oberfläche des zylindrischen Barrens gleich oder kleiner als 20 mm ist. Insbesondere weil der zylindrischen Barren, konfiguriert mit reinem Kupfer, wie sauerstofffreiem Kupfer, dazu neigt, eine Säulenkristallstruktur zu haben, ist es bevorzugt, die Strukturbeobachtung wie oben beschrieben durchzuführen.
  • Bei dem Kaltbearbeitungsschritt (S02) wird die Kaltbearbeitung für den zylindrischen Barren (und das zylindrische bearbeitete Material, erhalten von dem zylindrischen Barren, mit dem die Kaltbearbeitung und die Wärmebehandlung durchgeführt sind) durchgeführt. Als Kaltbearbeitungsverfahren können verschiedene Verfahren, Ziehen, Kaltschmieden und Rohrwalzen (Walzen, durchgeführt unter Verwendung eines Rohrreduzierers) verwendet werden.
  • Als Kaltbearbeitungsschritt (S02) kann ein Rohr-Expansionsschritt zum Erhöhen eines Außendurchmessers eines zylindrischen Barrens oder eines zylindrischen bearbeiteten Materials vor dem Kaltbearbeiten auf einen Bereich von mehr als 0 % und gleich oder kleiner als 30 % und Änderung einer Schnittfläche nach der Kaltbearbeitung auf einen Bereich von –10 % bis +10 % einer Schnittfläche vor der Kaltbearbeitung zumindest einmal durchgeführt werden.
  • Bei dem Wärmebehandlungsschritt (S03) wird eine Wärmebehandlung für das zylindrische bearbeitete Material durchgeführt, mit dem die Kaltbearbeitung durchgeführt ist. Wärmebehandlungsmittel sind nicht besonders beschränkt, aber ein absatzweise betriebener Wärmebehandlungsofen oder ein kontinuierlicher Vergütungsofen können verwendet werden. In dem Ausführungsbeispiel wird der Wärmebehandlungsschritt (S03) unter Verwendung eines absatzweise betriebenen Wärmebehandlungsofens bei Wärmebehandlungsbedingungen durchgeführt, worin eine Wärmebehandlungstemperatur von 400 bis 900°C ist und die Aufrechterhaltungszeit des Materials in einem Bereich der Wärmebehandlungstemperatur in einem Bereich von 15 bis 120 Minuten ist.
  • Wie oben beschrieben, wird durch Herstellen des zylindrischen Barrens bei dem kontinuierlichen Gussschritt (S01) und wiederholtes Durchführen des Kaltbearbeitungsschritts (S02) und des Wärmebehandlungsschrittes (S03) in Bezug auf den zylindrischen Barren das zylindrische Sputter-Target-Material (10) gebildet, worin der durchschnittliche Kristallkorndurchmesser der äußeren peripheren Oberfläche von 10 bis 150 µm ist und der Anteil der Fläche der Kristallkörner mit einem Kristallkorndurchmesser von mehr als dem Doppelten des durchschnittlichen Kristallkorndurchmessers weniger als 25 % der gesamten Kristallfläche ist. Der durchschnittliche Kristallkorndurchmesser der äußeren peripheren Oberfläche ist bevorzugt 30 bis 100 µm, aber es gibt keine Beschränkung. Ein unterer Grenzwert des Anteils der Fläche der Kristallkörner mit einem Kristallkorndurchmesser von mehr als dem Doppelten des durchschnittlichen Kristallkorndurchmessers kann 10 % der gesamten Kristallfläche sein. Zusätzlich ist der Anteil der Fläche der Kristallkörner mit einem Kristallkorndurchmesser von mehr als dem Doppelten des durchschnittlichen Kristallkorndurchmessers bevorzugt 10 bis 20 %, aber es gibt keine Beschränkung.
  • Das zylindrische Sputter-Target-Material (10), das wie oben beschrieben gebildet ist, wird weiter einer Bearbeitung unterworfen und als zylindrisches Sputter-Target-Material verwendet. Das zylindrische Sputter-Target-Material wird verwendet zum Rotieren einer Achse in einer Sputter-Vorrichtung, und eine äußere periphere Oberfläche davon wird als Sputter-Oberfläche verwendet.
  • Entsprechend dem Herstellungsverfahren eines zylindrischen Sputter-Target-Materials des Ausführungsbeispiels mit der oben beschriebenen Konfiguration ist es möglich, weil das Verfahren den kontinuierlichen Gussschritt (S01) zum kontinuierlichen Gießen eines zylindrischen Barrens unter Verwendung einer kontinuierlichen Gussmaschine oder einer halb-kontinuierlichen Gussmaschine enthält, den Heißbearbeitungsschritt zur Bildung eines Barrens in einer zylindrischen Form wegzulassen und signifikant die Herstellungskosten zu vermindern.
  • Weil es möglich ist, den Heißbearbeitungsschritt wegzulassen, ist es zusätzlich möglich, effizient selbst ein zylindrisches Sputter-Target-Material, gebildet aus einer Kupferlegierung, mit hoher Deformationsresistenz bei hoher Temperatur effizient herzustellen, insbesondere einer Kupferlegierung, worin die Deformationsresistenz (Deformationsspannung) bei einer Heißbearbeitungstemperatur (600 bis 900°C) gleich oder mehr als 50 N/mm2 ist.
  • In dem Ausführungsbeispiel ist es möglich, weil der durchschnittliche Kristallkorndurchmesser des zylindrischen Barrens auf gleich oder kleiner als 20 mm eingestellt wird, das zylindrische Sputter-Target-Material (10) zu bilden, worin der durchschnittliche Kristallkorndurchmesser der äußeren peripheren Oberfläche von 10 bis 150 µm ist und der Anteil der Fläche der Kristallkörner mit einem Kristallkorndurchmesser von mehr als dem Doppelten des durchschnittlichen Kristallkorndurchmessers weniger als 25 % der gesamten Kristallfläche ist, indem der Kaltbearbeitungsschritt (S02) und der Wärmebehandlungsschritt (S03) wiederholt durchgeführt werden.
  • Zusätzlich ist es möglich, ein zylindrisches Sputter-Target herzustellen, worin die Kristallkorndurchmesser der Sputter-Oberfläche gleichmäßig miniaturisiert sind, indem das zylindrische Sputter-Target-Material (10) verwendet wird, worin die Kristallstruktur wie oben beschrieben gesteuert wird.
  • Wenn in dem Ausführungsbeispiel der Rohr-Expansionsschritt zum Erhöhen eines Außendurchmessers eines zylindrischen Barrens oder eines zylindrischen bearbeiteten Materials vor der Kaltbearbeitung auf einen Bereich von 0 % und gleich oder kleiner als 30 % und Ändern einer Schnittfläche nach der Bearbeitung auf einen Bereich von –10 % bis +10 % einer Schnittfläche vor der Bearbeitung zumindest einmal in dem Kaltbearbeitungsschritt (S02) durchgeführt wird, ist es möglich, das zylindrische Sputter-Target-Material (10) mit einem größeren Durchmesser als bei einem zylindrischen Barren zu erhalten, der in dem kontinuierlichen Gussschritt (S01) hergestellt ist. Durch Durchführen des Rohr-Expansionsschrittes ist es möglich, die Bearbeitbarkeit in dem Kaltbearbeitungsschritt (S02) sicherzustellen und die Miniaturisierung der Kristalldurchmesser des zylindrischen Sputter-Target-Materials (10) zu realisieren.
  • In dem Ausführungsbeispiel ist es möglich, weil die Bedingungen des Wärmebehandlungsschrittes (S03) so eingestellt werden, dass die Wärmebehandlungstemperatur von 400 bis 900°C ist und die Aufrechterhaltungszeit des Materials in einem Bereich der Wärmebehandlungstemperatur in einem Bereich von 15 bis 120 Minuten liegt, die Bearbeitungsspannung, die in dem Kaltbearbeitungsschritt (S02) erzeugt wird, zu reduzieren, und den Kaltbearbeitungsschritt (S02) wiederholt durchzuführen. Weiterhin ist es in dem Wärmbehandlungsschritt (S03) möglich, die Erzeugung von groben Kristallkörnern zu verhindern.
  • Wenn das zylindrische Sputter-Target-Material (10), gebildet aus einer Kupferlegierung, umfassend eine Art oder zwei oder mehrere Arten, ausgewählt aus Mg, Al, Ag, Ti, Zr, Mn, Ca, Cr, Sn, Ni, Zn, Co und P, hergestellt wird, ist es in dem Ausführungsbeispiel möglich, ein Kristall-Sputter-Target herzustellen, das einen dünnen Film mit verschiedenen ausgezeichneten Eigenschaften wie Widerstand, Wärmeresistenz, Korrosionsresistenz und dergleichen hat. In der oben beschriebenen Kupferlegierung ist der Gesamtgehalt von einer oder zwei oder mehreren Arten, ausgewählt aus Mg, Al, Ag, Ti, Zr, Mn, Ca, Cr, Sn, Ni, Zn, Co und P, wünschenswert in einem Bereich von 0,001 bis 10 Masse%.
  • Wenn der zylindrische Barren, gebildet aus einer Säulenkristallstruktur von sauerstofffreiem Kupfer oder dergleichen, beispielsweise in dem kontinuierlichen Gussschritt (S01) hergestellt wird, wachsen Säulenkristalle von der äußeren peripheren Oberfläche in Richtung zur Innenseite in radialer Richtung, und der durchschnittliche Kristallkorndurchmesser der äußeren peripheren Oberfläche des zylindrischen Barrens ist gleich oder kleiner als 20 mm. Demzufolge ist es möglich, das zylindrische Sputter-Target-Material (10) herzustellen, worin der durchschnittliche Kristallkorndurchmesser der äußeren peripheren Oberfläche von 10 bis 150 µm und der Anteil der Fläche der Kristallkörner mit einem Kristallkorndurchmesser von mehr als dem Doppelten des durchschnittlichen Kristallkorndurchmessers weniger als 25 % der gesamte Kristallfläche ist. Weil der durchschnittliche Kristallkorndurchmesser der äußeren peripheren Oberfläche des zylindrischen Sputter-Target-Materials (10) von 10 bis 150 µm und der Anteil der Fläche der Kristallkörner mit einem Kristallkorndurchmesser von mehr als dem Doppelten des durchschnittlichen Kristallkorndurchmessers weniger als 25 % der gesamten Kristallfläche ist, ist es möglich, die Anzahl des Auftretens einer abnormalen elektrischen Entladung zum Zeitpunkt der Sputterns zu vermindern.
  • Oben wurde das Ausführungsbeispiel dieser Erfindung beschrieben, aber diese Erfindung ist nicht hierauf beschränkt, und die Ausführungsbeispiele können geeignet innerhalb eines Beiches geändert werden, ohne von den technischen Ideen dieser Erfindung abzuweisen.
  • Beispielsweise wurden in dem Ausführungsbeispiel die Bedingungen des Wärmebehandlungsschrittes (S03) als Bedingungen beschrieben, worin die Wärmbehandlungstemperatur von 400 bis 900°C und die Aufrechterhaltungszeit von 15 bis 120 Minuten ist, aber es gibt keine Beschränkung, und die Wärmebehandlungsbedingungen können geeignet entsprechend einer Zusammensetzung und Größe eines zylindrischen Sputter-Target-Materials, das gebildet werden soll, oder einer Vorrichtung, die eine Wärmebehandlung durchführt, eingestellt werden.
  • Zusätzlich wurde in dem Ausführungsbeispiel reines Kupfer, wie sauerstofffreies Kupfer, zähgepoltes Kupfer oder 4N-Kupfer oder die Kupferlegierung, gebildet aus einer Zusammensetzung, die eine oder zwei oder mehrere Arten, ausgewählt aus Mg, Al, Ag, Ti, Zr, Mn, Ca, Cr, Sn, Ni, Zn, Co und P und Rest Kupfer und unvermeidbare Verunreinigungen enthält, als Beispiel von Kuper oder der Kupferlegierung beschrieben, die das zylindrische Sputter-Target-Material (10) konfigurieren, aber anderes Kupfer oder Kupferlegierungen können ein Target sein. Insbesondere ist der Gehalt der einen oder der zwei oder mehreren Arten, ausgewählt aus Mg, Al, Ag, Ti, Zr, Mn, Ca, Cr, Sn, Ni, Zn, Co und P wünschenswert in einem Bereich von 0,001 bis 10 Masse%.
  • BEISPIELE
  • Nachfolgend werden die Ergebnisse eines Bestätigungstests beschrieben, der durchgeführt wurde zur Bestätigung der Wirksamkeit dieser Erfindung.
  • Zunächst wurde ein zylindrischer Barren (Außendurchmesser von 160 mm und Innendurchmesser 100 mm), gebildet aus Kupfer oder einer Kupferlegierung mit der in Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzung in einer vertikalen kontinuierlichen Gussmaschine hergestellt. Ein zylindrisches Sputter-Target-Material wurde gebildet durch wiederholtes Durchführen der Kaltbearbeitung und der Wärmebehandlung in Bezug auf den zylindrischen Barren. Werte der erhöhten Durchmesser bei der Kaltbearbeitung, eines Schnittflächenverhältnisses vor und nach der Bearbeitung und der Wärmebehandlungsbedingungen sind in Tabelle 1 gezeigt. Ein zylindrisches Sputter-Target wurde unter Verwendung des zylindrischen Sputter-Target-Materials hergestellt.
  • Die folgenden Auswertungen wurden in Bezug auf den erhaltenen zylindrischen Barren, dem zylindrischen Sputter-Target-Material und dem zylindrischen Sputter-Target durchgeführt.
  • <Durchschnittlicher Kristallkorndurchmesser des zylindrischen Barrens>
  • Die Kristallstruktur der äußeren peripheren Oberfläche des zylindrischen Barrens wurde beobachtet und der durchschnittliche Kristallkorndurchmesser davon wurde gemessen. Eine Messprobe wurde geschnitten und eine Beobachtungsprobe poliert und unter Verwendung eines optischen Mikroskops beobachtet. Die Anzahl der Kristallkörner in einer Fläche mit einer Größe von 20 mm × 20 mm wurde von den erhaltenen Kristallkorngrenzen gezählt, eine Gesamtlänge der Kristallkorngrenzen in der Fläche mit einer Größe von 20 mm × 20 mm wurde durch die Zahl der Kristallkörner dividiert, zum Berechnen einer Kristallkornfläche, eine Kreisumwandlung der Kristallkornfläche wurde durchgeführt, und demzufolge wurde der durchschnittliche Kristallkorndurchmesser erhalten. Ergebnisse der Messung sind in Tabelle 1 gezeigt.
  • <Durchschnittlicher Kristallkorndurchmesser der äußeren peripheren Oberfläche des zylindrischen Sputter-Target-Materials>
  • Die Kristallstruktur der äußeren peripheren Oberfläche des erhaltenen zylindrischen Sputter-Target-Materials wurde beobachtet und der durchschnittliche Kristallkorndurchmesser berechnet.
  • Eine Messprobe wurde geschnitten, eine Beobachtungsoberfläche poliert und Kristallkorngrenzen spezifiziert unter Verwendung einer EBSD-Messvorrichtung unter Verwendung eines Abtastelektronenmikroskops vom Feld-Emissionstyp (S4300-SE, hergestellt von Hitachi, Ltd. und OIM Data Collection, hergestellt von EDAX/TSL) und Analyse-Software (OIM Data Analysis ver. 5.2, hergestellt von EDAX/TSL). Die Messbedingungen wurden so eingestellt, dass der Bereich 680 µm × 1.020 µm war, der Messschritt 2,0 µm war und die Bearbeitungszeit 20 ms/Punkt eingestellt wurde.
  • Spezifisch wurde ein Elektronenstrahl zu jedem Messpunkt (Pixel) in dem Messbereich der Probenoberfläche unter Verwendung des Elektronenabtastmikroskops, das oben beschrieben ist, emittiert, und die Messpunkte, bei denen ein Orientierungsunterschied zwischen benachbarten Messpunkten gleich oder größer als 15° war, wurde als Kristallkorngrenze durch Orientierungsanalyse eingestellt, durchgeführt durch ein Rückstreu-Elektronenstrahl-Analyseverfahren. Die Zahl der Kristallkörner in der Beobachtungsfläche wurde von den erhaltenen Kristallkorngrenzen gezählt, die Gesamtlänge der Kristallkorngrenzen in der Beobachtungsfläche wurde durch die Zahl der Kristallkörner dividiert, zum Berechnen einer Kristallkornfläche, die Kreisumwandlung der Kristallkornfläche wurde durchgeführt und dann wurde der durchschnittliche Kristallkorndurchmesser erhalten. Die Berechnungsergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
  • <Anteil der Fläche der Kristallkörner mit größerem Kristallkorndurchmesser als dem Doppelten des durchschnittlichen Kristallkorndurchmessers>
  • Zusätzlich wurde die Kristallstruktur der äußeren peripheren Oberfläche des zylindrischen Sputter-Target-Materials beobachtet und der Anteil der Fläche der Kristallkörner mit einem Kristallkorndurchmesser von mehr als dem Doppelten des durchschnittlichen Kristallkorndurchmessers wurde berechnet.
  • Nach Berechnen des durchschnittlichen Kristallkorndurchmessers durch das oben beschriebene Verfahren wurde die Korngrößenverteilung durch EBSD erhalten, der Korndurchmesser, der gleich oder größer ist als der durchschnittliche Wert, wurde berechnet und die Kristallkörner mit einem Kristallkorndurchmesser von mehr als dem Doppelten des durchschnittlichen Kristallkorndurchmessers wurden spezifiziert. Der Kristallkorndurchmesser der spezifischen Kristallkörner wurde berechnet und die Zahl davon wurde gezählt, zum Berechnen der Fläche der Kristallkörner mit einem Kristallkorndurchmesser von mehr als dem Doppelten des durchschnittlichen Kristallkorndurchmessers. Der Anteil der Fläche der Kristallkörner mit einem Kristallkorndurchmesser von mehr als dem Doppelten des durchschnittlichen Kristallkorndurchmessers wurde erhalten durch Berechnen der Gesamtfläche durch Messen des Kristallkorndurchmessers von allen beobachteten Kristallkörnern und Zählen der Zahl davon. Die Berechnungsergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
  • <Sputter-Test>
  • Ein Sputter-Test wurde unter folgenden Bedingungen durchgeführt, wobei das erhaltene zylindrische Sputter-Target verwendet wurde, und die Zahl der abnormalen elektrischen Entladung wurde unter Verwendung eines Lichtbogen-Zählgerätes, das an eine Sputter-Vorrichtung befestigt war, gezählt. Der Sputter-Test wurde unter zwei Bedingungen von "Ar-Gas", das verwendet wurde, wenn eine Verdrahtungsschicht gebildet wurde, und eines "Mischgases" durchgeführt, das verwendet wurde, wenn ein sauerstoffhaltiger Film als Atmosphärengas verwendet wurde. Die Auswertungsergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
    Energie: DC
    Sputter-Ausstoß: 600 W
    Sputter-Druck: 0,2 Pa
    Sputter-Zeit: 8 Stunden
    Peak-Vakuumausmaß: 4 × 10–5 Pa
    Atmosphärengaszusammensetzung: Ar-Gas/gemischtes Gas (90 Vol.% von Ar + 10 Vol.% von O)
    Figure DE112015000124T5_0002
  • Wie in Tabelle 1 gezeigt ist, sind im Vergleichsbeispiel 1 der durchschnittliche Kristallkorndurchmesser des zylindrischen Sputter-Target-Materials und der Anteil der Fläche der Kristallkörner mit einem Kristallkorndurchmesser von mehr als dem Doppelten des durchschnittlichen Kristallkorndurchmessers nicht im Bereich der Erfindung, und die Zahl der abnormalen elektrischen Entladung war höher bei dem Ar-Gas und dem Mischgas.
  • Im Vergleichsbeispiel 2, bei dem der Kristallkorndurchmesser des zylindrischen Barrens 20 mm überschritt, war der durchschnittliche Kristallkorndurchmesser des zylindrischen Sputter-Target-Materials groß, der Anteil der Fläche der Kristallkörner mit einem Kristallkorndurchmesser von mehr als dem Doppelten des durchschnittlichen Kristallkorndurchmessers war hoch und die Kristallkörner waren grob und nicht gleichmäßig. Bei dem Sputter-Test war die Anzahl der abnormalen elektrischen Entladungen höher bei dem Ar-Gas und dem Mischgas.
  • Unter Bezugnahme darauf war bei den Beispielen 1 bis 5, bei denen die Kristallkorndurchmesser des zylindrischen Barrens gleich oder kleiner als 20 mm sind, der durchschnittliche Kristallkorndurchmesser des zylindrischen Sputter-Target-Materials im Bereich von 10 bis 150 µm, der Anteil der Fläche der Kristallkörner mit einem Kristallkorndurchmesser von mehr als dem Doppelten des durchschnittlichen Kristallkorndurchmessers war weniger als 25 %, und die Kristallkörner waren verhältnismäßig fein und gleichmäßig. Beim Sputter-Test wurde bestätigt, dass die Zahl einer abnormalen elektrischen Entladung bei dem Ar-Gas und dem Mischgas vermindert und das Sputtern stabil durchgeführt werden kann.
  • INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
  • Gemäß dem Herstellungsverfahren des zylindrischen Sputter-Target-Materials dieser Erfindung ist es möglich, effizient ein zylindrisches Sputter-Target-Material aus Kupfer oder einer Kupferlegierung mit niedrigen Kosten herzustellen und gleichmäßig die Kristallkorndurchmesser einer äußeren peripheren Oberfläche zu miniaturisieren.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    ZYLINDRISCHES SPUTTER-TARGET-MATERIAL
    11
    ÄUSSERE PERIPHERE OBERFLÄCHE
    S01
    KONTINUIERLICHER GUSSSCHRITT
    S02
    KALTBEARBEITUNGSSCHRITT
    S03
    WÄRMEBEHANDLUNGSSCHRITT

Claims (3)

  1. Herstellungsverfahren für ein zylindrisches Sputter-Target-Material, gebildet aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, wobei das Verfahren umfasst: einen kontinuierlichen Gussschritt zum Gießen eines zylindrischen Barrens mit einem durchschnittlichen Kristallkorndurchmesser von gleich oder kleiner als 20 mm unter Verwendung einer kontinuierlichen Gussmaschine oder einer halb-kontinuierlichen Gussmaschine; und einen Kaltbearbeitungsschritt und einen Wärmebehandlungsschritt zum wiederholten Durchführen der Kaltbearbeitung und einer Wärmebehandlung in Bezug auf den zylindrischen Barren oder ein zylindrisches bearbeitetes Material, erhalten durch Bearbeiten des zylindrischen Barrens, zur Bildung des zylindrischen Sputter-Target-Materials, worin ein durchschnittlicher Kristallkorndurchmesser einer äußeren peripheren Oberfläche von 10 bis 150 µm ist und ein Anteil der Fläche von Kristallkörnern mit einem Kristallkorndurchmesser von mehr als dem Doppelten des durchschnittlichen Kristallkorndurchmessers weniger als 25 % der gesamten Kristallfläche ist.
  2. Herstellungsverfahren eines zylindrischen Sputter-Target-Materials gemäß Anspruch 1, worin ein Rohr-Expansionsschritt zum Erhöhen eines Außendurchmessers des zylindrischen Barrens oder des zylindrischen bearbeiteten Materials in einem Bereich von mehr als 0 % und gleich oder kleiner als 30 % und Ändern einer Schnittfläche nach dem Kaltbearbeiten auf einen Bereich von –10 % bis +10 % einer Schnittfläche vor der Kaltbearbeitung zumindest einmal als Kaltbearbeitungsschritt durchgeführt wird.
  3. Herstellungsverfahren eines zylindrischen Sputter-Target-Materials gemäß Anspruch 1 oder 2, worin eine Wärmebehandlungstemperatur von 400 bis 900°C ist und die Aufrechterhaltungszeit im Bereich der Wärmebehandlungstemperatur im Bereich von 15 bis 120 Minuten im Wärmebehandlungsschritt ist.
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