DE112017005081T5

DE112017005081T5 - Warmstranggepresstes Material für zylindrisches Sputtertarget und Verfahren zur Herstellung eines zylindrischen Sputtertargets

Info

Publication number: DE112017005081T5
Application number: DE112017005081.2T
Authority: DE
Inventors: Michiaki Ohto; Satoshi Kumagai; Akira Sakurai
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2016-10-07
Filing date: 2017-09-26
Publication date: 2019-07-11
Also published as: KR20180104769A; US20190055625A1; KR101980507B1; JP6308278B2; CN108603285A; WO2018066410A1; JP2018059171A; CN108603285B

Abstract

Bereitgestellt wird ein warmstranggepresstes Material für ein zylindrisches Sputtertarget, in dem eine Reinheit von Kupfer in einem Bereich von 99,99 Masse-% bis 99,9995 Masse-% liegt, ein Al-Gehalt 0,5 Masse-ppm oder niedriger ist, ein Si-Gehalt 1 Masse-ppm oder niedriger ist, ein C-Gehalt 1 Masse-ppm oder niedriger ist, ein O-Gehalt 2 Masse-ppm oder niedriger ist, ein H-Gehalt 1 Masse-ppm oder niedriger ist und ein S-Gehalt 5 Masse-ppm oder niedriger ist und eine durchschnittliche Kristallkorngröße, gemessen an insgesamt 36 Positionen, in einem Bereich von 10 µm bis 110 µm liegt und eine Vickers-Härte, gemessen an den insgesamt 36 Positionen, in einem Bereich von 40 Hv bis 100 Hv liegt, wobei die 36 Positionen ausgewählt werden, indem drei Querschnitte senkrecht zu einer O-Achsenrichtung von einem Endabschnitt, einem Zwischenabschnitt und einem anderen Endabschnitt in der O-Achsenrichtung erhalten werden, vier Positionen in einer Umfangsrichtung von jedem der drei Querschnitte festgelegt werden und drei Positionen unter jeder der vier Positionen festgelegt werden, wobei die drei Positionen einen Oberflächenteil, eine 1/4-Position radial ausgehend von dem Oberflächenteil und eine 1/2-Position radial ausgehend von dem Oberflächenteil einschließen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein warmstranggepresstes Material für ein zylindrisches Sputtertarget, das ein Material für ein zylindrisches Sputtertarget ist, welches während des Sputterns eines aus Kupfer gebildeten Dünnfilms verwendet wird, und ein Verfahren zur Herstellung eines zylindrischen Sputtertargets.
Die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2016 - 199009 , angemeldet am 7. Oktober 2016, wird beansprucht, wobei deren Inhalt hierin durch Bezugnahme eingefügt wird.
HINTERGRUND
Im Stand der Technik wird Al oder eine Al-Legierung häufig als Verdrahtungsfilm für einen Flachbildschirm, wie ein Flüssigkristall- oder organisches EL-Panel oder für ein Touch-Panel verwendet. In der letzten Zeit wurden die Größe (Breite) und Dicke eines Verdrahtungsfilms verringert, und daher ist ein Verdrahtungsfilm mit einem geringeren spezifischen Widerstand als der im Stand der Technik erforderlich.
Deshalb wird wegen der Verringerung der Größe und Dicke des Verdrahtungsfilms ein aus Kupfer gebildeter Verdrahtungsfilm, welches ein Material mit einem geringeren spezifischen Widerstand als Al oder eine Al-Legierung ist, bereitgestellt.
Wenn ein Verdrahtungsfilm (Dünnfilm), der aus Kupfer gebildet ist, auf einem Substrat gebildet wird, wird das Sputterverfahren unter Verwendung eines Sputtertargets üblicherweise angepasst.
Als Sputtertarget wird beispielsweise ein in Patentdruckschrift 1 beschriebenes flaches Sputtertarget oder ein in den Patentdruckschriften 2 und 3 beschriebenes zylindrisches Sputtertarget vorgeschlagen.
Eine Außenumfangsoberfläche des zylindrischen Sputtertargets ist eine Sputteroberfläche, und das Sputtern wird durchgeführt, während das zylindrische Sputtertarget gedreht wird. Daher ist das zylindrische Sputtertarget für die kontinuierliche Filmbildung, verglichen mit einem Fall, in dem das flache Sputtertarget verwendet wird, geeigneter und weist die vorteilhafte Wirkung auf, das die Effizienz bei der Verwendung des Targets ausgezeichnet ist.
Zitatliste
Patentliteratur

[Patentdruckschrift 1] Japanisches Patent 4974198
[Patentdruckschrift 2] Ungeprüfte japanische
Patentanmeldung, erste Veröffentlichung 2013-057112
[Patentdruckschrift 3] Ungeprüfte japanische
Patentanmeldung, erste Veröffentlichung 2013-185238

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Technische Aufgabe
Wie in den Patentdruckschriften 2 und 3 beschrieben wird, wird ein zylindrisches Sputtertarget unter Verwendung eines Herstellungsverfahrens hergestellt, das einen Schmelz- und Gießschritt, einen Warmbearbeitungs(Strangpress)-Schritt, einen Kaltbearbeitungs(Expansions)-Schritt und einen Wärmebehandlungsschritt einschließt.
In letzter Zeit hat die Substratgröße zugenommen und eine längere Lebensdauer als die im Stand der Technik ist für das zylindrische Sputtertarget erforderlich.
Um die Lebensdauer des zylindrischen Sputtertargets zu verbessern ist es notwendig, ein dickes Material mit einer großen Differenz zwischen einem Außendurchmesser und einem Innendurchmesser herzustellen.
Wenn eine Kaltbearbeitung (Expansion) durchgeführt wird, wie in den Patentdruckschriften 2 und 3 beschrieben wird, tritt während der Bearbeitung eine Verwölbung oder Durchbiegung auf. Um die Verwölbung oder Durchbiegung zu korrigieren, ist es daher notwendig, eine Außenumfangsoberfläche oder eine Innenumfangsoberfläche zu fräsen. Deshalb ist es schwierig, ein dickes zylindrisches Sputtertarget bereitzustellen.
Da ein aus reinem Kupfer gebildetes warmstranggepresstes Material ferner relativ weich ist, ist es wahrscheinlich, dass eine Durchbiegung oder Dickenabweichung auftritt. Da außerdem die Rekristallisationstemperatur niedrig ist, variiert das Fortschreiten der Rekristallisation in einer Achsenrichtung und die Eigenschaften sind nicht stabil. Ein warmstranggepresstes Material kann daher ohne Kaltbearbeitung nicht als Sputtertarget verwendet werden.
Wenn ein Film unter Verwendung eines Sputtertargets gebildet wird, können außerdem Fremdstoffe in dem Sputtertarget dazu führen, dass eine anomale Entladung (Arcing) auftritt. Daher kann es sein, dass ein gleichmäßiger Verdrahtungsfilm nicht gebildet werden kann. Anomale Entladung ist ein Phänomen, bei dem plötzlich ein stärkerer Strom fließt als während des normalen Sputterns, so dass eine anomal große Entladung auftritt. Wenn eine solche anomale Entladung auftritt, kann eine Partikelbildung auftreten oder die Dicke eines Verdrahtungsfilms kann ungleichmäßig werden. Demzufolge ist es wünschenswert, anomale Entladung während der Filmbildung soweit wie möglich zu vermeiden.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der oben beschriebenen Verhältnisse gemacht, und ihr Ziel ist es, ein dickes und langlebiges warmstranggepresstes Material für ein zylindrisches Sputtertarget, mit dem das Auftreten von anomaler Entladung unterdrückt wird, so dass ein Film auf stabile Weise gebildet werden kann, und ein Verfahren zur Herstellung eines zylindrischen Sputtertargets unter Verwendung des warmstranggepressten Materials für ein zylindrisches Sputtertarget bereitzustellen.
Lösung der Aufgabe
Um das Ziel zu erreichen, wird erfindungsgemäß ein warmstranggepresstes Material für ein zylindrisches Sputtertarget bereitgestellt, in dem eine Reinheit von Kupfer in einem Bereich von 99,99 Masse-% bis 99,9995 Masse-% liegt, ein Al-Gehalt 0,5 Masse-ppm oder niedriger ist, ein Si-Gehalt 1 Masse-ppm oder niedriger ist, ein C-Gehalt 1 Masse-ppm oder niedriger ist, ein O-Gehalt 2 Masse-ppm oder niedriger ist, ein H-Gehalt 1 Masse-ppm oder niedriger ist und ein S-Gehalt 5 Masse-ppm oder niedriger ist und eine durchschnittliche Kristallkorngröße, gemessen an insgesamt 36 Positionen, in einem Bereich von 10 µm bis 110 µm liegt und eine Vickers-Härte, gemessen an den insgesamt 36 Positionen, in einem Bereich von 40 Hv bis 100 Hv liegt, wobei die 36 Positionen ausgewählt werden, indem drei Querschnitte senkrecht zu einer Achsenrichtung von einem Endabschnitt, einem Zwischenabschnitt und einem anderen Endabschnitt in der Achsenrichtung erhalten werden, vier Positionen in einer Umfangsrichtung von jedem der drei Querschnitte festgelegt werden und drei Positionen unter jeder der vier Positionen festgelegt werden, wobei die drei Positionen einen Oberflächenteil, eine 1/4-Position radial ausgehend von dem Oberflächenteil und eine 1/2-Position radial ausgehend von dem Oberflächenteil einschließen.
Die Reinheit des Kupfers in der vorliegenden Erfindung ist ein numerischer Wert, der Gaskomponenten, wie O, H, N, S und C, ausschließt.
In dem erfindungsgemäßen warmstranggepressten Material für ein zylindrisches Sputtertarget mit der oben beschriebenen Konfiguration liegt eine durchschnittliche Kristallkorngröße, gemessen an insgesamt 36 Positionen (drei Querschnitte x vier Positionen in einer Umfangsrichtung x drei Positionen = 36 Positionen) in einem Bereich von 10 µm bis 110 µm und eine Vickers-Härte, gemessen an den insgesamt 36 Positionen, liegt in einem Bereich von 40 Hv bis 100 Hv, wobei die 36 Positionen ausgewählt werden, indem drei Querschnitte senkrecht zu einer Achsenrichtung von einem Endabschnitt, einem Zwischenabschnitt und einem anderen Endabschnitt in der Achsenrichtung erhalten werden, vier Positionen in einer Umfangsrichtung von jedem der drei Querschnitte festgelegt werden und drei Positionen unter jeder der vier Positionen festgelegt werden, wobei die drei Positionen einen Oberflächenteil, eine 1/4-Position radial ausgehend von dem Oberflächenteil und eine 1/2-Position radial ausgehend von dem Oberflächenteil einschließen. Daher existiert keine Variation hinsichtlich der Kristallkorngröße und Härte in der Achsenrichtung und der radialen Richtung, und das warmstranggepresste Material für ein zylindrisches Sputtertarget kann lediglich nach Durchführung einer Zerspanung als zylindrisches Sputtertarget verwendet werden.
Außerdem ist eine Kaltbearbeitung (Expansion) nicht notwendig. Daher kann ein dickes zylindrisches Sputtertarget erhalten werden, und die Lebensdauer kann verlängert werden.
Außerdem ist der Al-Gehalt 0,5 Masse-ppm oder niedriger ist, der Si-Gehalt ist 1 Masse-ppm oder niedriger, der C-Gehalt ist 1 Masse-ppm oder niedriger, der O-Gehalt ist 2 Masse-ppm oder niedriger, der H-Gehalt ist 1 Masse-ppm oder niedriger und der S-Gehalt ist 5 Masse-ppm oder niedriger. Daher kann das Auftreten einer durch Verunreinigungen verursachten anomalen Entladung zuverlässig verringert werden.
In dem erfindungsgemäßen warmstranggepressten Material für ein zylindrisches Sputtertarget ist es bevorzugt, dass ein Gesamtgehalt von einem Element oder zwei oder mehreren Elementen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ag, As, Pb, Sb, Bi, Cd, Sn, Ni und Fe, in einem Bereich von 10 Masse-ppm bis 50 Masse-ppm liegt.
In diesem Fall ist der Gesamtgehalt von einem Element oder zwei oder mehreren Elementen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ag, As, Pb, Sb, Bi, Cd, Sn, Ni und Fe, 10 Masse-ppm oder höher. Somit kann die Kristallkorngröße verringert werden und eine Variation der durchschnittlichen Kristallkorngröße und der Vickers-Härte kann unterdrückt werden. Andererseits ist der Gesamtgehalt von einem Element oder zwei oder mehreren Elementen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ag, As, Pb, Sb, Bi, Cd, Sn, Ni und Fe, auf 50 Masse-ppm oder niedriger beschränkt. Somit kann das durch diese Elemente verursachte Auftreten von anomaler Entladung zuverlässig verringert werden.
Außerdem ist es in dem erfindungsgemäßen warmstranggepressten Material für ein zylindrisches Sputtertarget bevorzugt, dass ein Gewichtsanteil an säureunlöslichen Rückständen 1,5 Masse-ppm oder niedriger ist und die Zahl an säureunlöslichen Rückständen mit einer Korngröße von 5 µm oder mehr 15.000 Rückstände/1 g Cu oder kleiner ist.
In diesem Fall liegt der Gewichtsanteil an säureunlöslichen Rückständen in einem Bereich von 0,2 Masse-ppm bis 1,5 Masse-ppm und die Zahl an säureunlöslichen Rückständen mit einer Korngröße von 5 µm oder mehr ist auf 15.000 Rückstände/1 g Cu oder weniger beschränkt. Daher kann die Partikelbildung während der Filmbildung unterdrückt werden.
Ferner ist es in dem erfindungsgemäßen warmstranggepressten Material für ein zylindrisches Sputtertarget bevorzugt, dass ein Außendurchmesser 140 mm bis 200 mm beträgt, ein Innendurchmesser 80 mm bis 140 mm beträgt, eine Länge 900 mm bis 4.000 mm beträgt und eine maximale Biegegröße 1,5 mm oder weniger beträgt.
In diesem Fall beträgt der Außendurchmesser 140 mm bis 200 mm und der Innendurchmesser beträgt 80 mm bis 140 mm. Daher kann ein dickes langlebiges zylindrisches Sputtertarget hergestellt werden. Außerdem beträgt die maximale Biegegröße 1,5 mm oder weniger. Daher kann eine durch Fräsen verursachte Dickenverringerung unterdrückt werden.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung eines zylindrischen Sputtertargets bereitgestellt, das einen Schmelz- und Gießschritt zum Erhalten eines Blocks, in dem eine Reinheit von Kupfer in 99,99 Masse-% bis 99,9995 Masse-% beträgt, ein Al-Gehalt 0,5 Masse-ppm oder niedriger ist, ein Si-Gehalt 1 Masse-ppm oder niedriger ist, ein C-Gehalt 1 Masse-ppm oder niedriger ist, ein O-Gehalt 2 Masse-ppm oder niedriger ist, ein H-Gehalt 1 Masse-ppm oder niedriger ist und ein S-Gehalt 5 Masse-ppm oder niedriger ist, einen Warmstrangpressschritt zum Durchführen von Warmstrangpressen an dem Block, um ein warmstranggepresstes Material für ein zylindrisches Sputtertarget zu erhalten, und einen Zerspanungsschritt zur Durchführung einer Zerspanung an dem warmstranggepressten Material für ein zylindrisches Sputtertarget einschließt.
In dem Verfahren zur Herstellung eines zylindrischen Sputtertargets gemäß der Ausführungsform mit der oben beschriebenen Konfiguration wird eine Zerspanung an dem in dem Warmstrangpressschritt erhaltenen warmstranggepressten Material für ein zylindrisches Sputtertarget durchgeführt. In diesem Verfahren ist ein Kühlschritt nicht notwendig, und die Herstellungskosten können reduziert werden. Außerdem tritt die durch einen Kühlschritt verursachte Durchbiegung oder Verwölbung nicht auf, die Innenumfangsoberfläche und die Außenumfangsoberfläche des warmstranggepressten Materials für ein zylindrisches Sputtertarget wird nicht mehr gefräst als notwendig und somit kann ein dickes zylindrisches Sputtertarget erhalten werden.
Vorteilhafte erfindungsgemäße Wirkungen
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein dickes und langlebiges warmstranggepresstes Material für ein zylindrisches Sputtertarget, mit dem das Auftreten von anomaler Entladung unterdrückt wird, so dass ein Film auf stabile Weise gebildet werden kann, und ein Verfahren zur Herstellung eines zylindrischen Sputtertargets unter Verwendung des warmstranggepressten Material für ein zylindrisches Sputtertarget bereitzustellen.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung, die ein warmstranggepresstes Material für ein zylindrisches Sputtertarget gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt. 1(a) ist eine Querschnittsansicht senkrecht zu einer Achsenrichtung und 1(b) ist eine Seitenansicht.
2 ist eine Darstellung, die ein Verfahren zur Messung einer maximalen Biegegröße des warmstranggepressten Materials für ein zylindrisches Sputtertarget zeigt.
3 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung eines warmstranggepressten Materials für ein zylindrisches Sputtertarget und ein Verfahren zur Herstellung eines zylindrisches Sputtertargets gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt.

BESTE ERFINDUNGSGEMÄSSE AUSFÜHRUNGSFORM
Nachfolgend wird ein warmstranggepresstes Material für ein zylindrisches Sputtertarget gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Ein warmstranggepresstes Material (10) für ein zylindrisches Sputtertarget gemäß der Ausführungsform ist ein Material für ein zylindrisches Sputtertarget, das zur Bildung eines aus Kupfer gebildeten Dünnfilms (Verdrahtungsfilms) auf einem Glassubstrat durch Sputtern verwendet wird.
Das warmstranggepresste Material (10) für ein zylindrisches Sputtertarget weist eine in 1 dargestellte zylindrische Form auf, in der z.B. ein Außendurchmesser (D) in einem Bereich von 140 mm ≤ D ≤ 200 mm liegt, ein Innendurchmesser (d) in einem Bereich von 80 mm ≤d ≤ 140 mm liegt und eine Länge (L) in der Achsenrichtung in einem Bereich von 900 mm ≤ L ≤ 4.000 mm liegt. Außerdem liegt die Dicke des warmstranggepressten Materials (10) für ein zylindrisches Sputtertarget (eine Differenz zwischen dem Außendurchmesser (D) und dem Innendurchmesser (d): D-d) in einem Bereich von 10 mm ≤ D-d ≤ 90 mm.
Eine Außenumfangsoberfläche des warmstranggepressten Materials (10) für ein zylindrisches Sputtertarget ist eine Sputteroberfläche eines zylindrischen Sputtertargets.
In einer Zusammensetzung des warmstranggepressten Materials (10) für ein zylindrisches Sputtertarget liegt die Reinheit des Kupfers in einem Bereich von 99,99 Masse-% bis 99,9995 Masse-% liegt, ein Al-Gehalt ist 0,5 Masse-ppm oder niedriger, ein Si-Gehalt ist 1 Masse-ppm oder niedriger, ein C-Gehalt ist 1 Masse-ppm oder niedriger, ein O-Gehalt ist 2 Masse-ppm oder niedriger, ein H-Gehalt ist 1 Masse-ppm oder niedriger und ein S-Gehalt ist 5 Masse-ppm oder niedriger.
Ferner liegt in der Ausführungsform ein Gesamtgehalt an einem Element oder zwei oder mehreren Elementen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ag, As, Pb, Sb, Bi, Cd, Sn, Ni und Fe, in einem Bereich von 10 Masse-ppm bis 50 Masse-ppm.
In dem warmstranggepressten Material (10) für ein zylindrisches Sputtertarget gemäß der in 1 dargestellten Ausführungsform liegt eine durchschnittliche Kristallkorngröße, gemessen an insgesamt 36 Positionen, in einem Bereich von 10 µm bis 110 µm und eine Vickers-Härte, gemessen an den insgesamt 36 Positionen, liegt in einem Bereich von 40 Hv bis 100 Hv, wobei die 36 Positionen ausgewählt werden, indem drei Querschnitte senkrecht zu einer O-Achsenrichtung von einem Endabschnitt (A), einem Zwischenabschnitt (B) und einem anderen Endabschnitt (C) in der O-Achsenrichtung erhalten werden, vier Positionen (1, 2, 3, 4) in einer Umfangsrichtung von jedem der drei Querschnitte festgelegt werden und drei Positionen unter jeder der vier Positionen festgelegt werden, wobei die drei Positionen einen Oberflächenteil (a), eine 1/4-Position (b) radial ausgehend von dem Oberflächenteil und eine 1/2-Position (c) radial ausgehend von dem Oberflächenteil einschließen. In jeder der 36 Positionen wurden hinsichtlich der Kristallkörner in einen 800×800×800 µm-Bereich durchschnittliche Schnittlängen von drei Achsen parallel und senkrecht zu der O-Achsenrichtung unter Verwendung eines Lichtmikroskops gemäß JIS H 0501:1986 (Schnittmethode) gemessen und ein Durchschnittswert davon erhalten.
In der Ausführungsform sind der eine Endabschnitt und der andere Abschnitt in der O-Achsenrichtung Positionen bei einem Abstand von 100 mm von den jeweiligen Endoberflächen in Richtung der Mitte des warmstranggepressten Materials (10) für ein zylindrisches Sputtertarget in der O-Achsenrichtung. Außerdem entspricht der Zwischenabschnitt einer Mittelstellung der Länge in der O-Achsenrichtung.
In dem warmstranggepressten Material (10) für ein zylindrisches Sputtertarget gemäß der Ausführungsform ist ein Gewichtsanteil an säureunlöslichen Rückständen außerdem 1,5 Masse-ppm oder niedriger und die Zahl an säureunlöslichen Rückständen mit einer Korngröße von 5 µm oder mehr ist 15.000 Rückstände/1 g Cu oder kleiner.
Die Auswertung der säureunlöslichen Rückstände wird nach der folgenden Prozedur durchgeführt.
Zuerst wird eine vorbestimmte Menge (z.B. 100 g) einer Probe aus dem warmstranggepressten Material (10) für ein zylindrisches Sputtertarget mit einer gewaschenen Oberfläche erhalten und erwärmt und in einer erwärmten Salzsäurelösung gelöst. Die Lösung wird auf Raumtemperatur abgekühlt und durch einen Filter filtriert, um die Rückstände zu sammeln.
Der Filter, in dem die Rückstände gesammelt werden, wird ausgewogen, um die Rückstandsmasse der Rückstände zu messen. Ein Verhältnis des Gewichts der Rückstände zu dem Gewicht der gelösten Probe wird berechnet. Auf diesem Weg wird die Menge (Gewichtsanteil) der säureunlöslichen Rückstände, die durch Erwärmen und Lösen des warmstranggepressten Materials (10) für ein zylindrisches Sputtertarget in der Salpetersäurelösung erhalten wurden, gemessen.
Als nächstes wird der Filter, in dem die Rückstände gesammelt wurden, unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops betrachtet um eine REM-Aufnahme zu erhalten. Die REM-Aufnahme wird zur Messung der Größen und der Zahl der säureunlöslichen Rückstände analysiert. Die Zahl der säureunlöslichen Rückstände mit einer Korngröße von 5 µm oder mehr wird erhalten.
Auf diese Weise wird in dem warmstranggepressten Material (10) für ein zylindrisches Sputtertarget die Zahl der säureunlöslichen Rückstände mit einer Korngröße von 5 µm oder mehr pro 1 g Cu gemessen.
Ferner beträgt in dem warmstranggepressten Material (1) für ein zylindrisches Sputtertarget gemäß der Ausführungsform eine maximale Biegegröße 1,5 mm oder weniger.
Die maximale Biegegröße wird wie folgt gemessen. Wie in 2 dargestellt wird, wird das warmstranggepresste Material (10) für ein zylindrisches Sputtertarget auf einer horizontalen und flachen Richtplatte (20) so aufgebracht, dass die O-Achse des warmstranggepressten Material (10) für ein zylindrisches Sputtertarget parallel zu einer Oberfläche der Richtplatte (20) liegt. In diesem Zustand wird ein Maximalwert eines Abstands (S) zu der Richtplatte (20) unter Verwendung eines Abstandsmessgeräts gemessen. Diese Messung des Abstands (S) wird an vier Stellen bei 90°-Intervallen entlang der Umfangsrichtung des warmstranggepressten Material (10) für ein zylindrisches Sputtertarget gemessen, und ein Durchschnittswert davon wird als „maximale Biegegröße“ bestimmt.
Nachfolgend werden hinsichtlich des warmstranggepressten Materials (10) für ein zylindrisches Sputtertarget gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Gründe beschrieben, warum die Zusammensetzung, die durchschnittliche Kristallkorngröße, die Vickers-Härte, der Gewichtsanteil und die Zahl an säureunlöslichen Rückständen und die maximale Biegegröße wie oben beschrieben beschränkt werden.
(Reinheit des Kupfers: 99,99 Masse-% bis 99,9995 Masse-%)
Wenn ein Verdrahtungsfilm (Kupferfilm) durch Sputtern gebildet wird, ist es bevorzugt, dass die Verunreinigungen soweit wie möglich reduziert werden, um anomale Entladung (Arcing) zu unterdrücken. Wenn die Reinheit des Kupfers geringer als 99,99 Masse-% ist, tritt anomale Entladung aufgrund der Verunreinigungen häufig auf, so dass ein Film nicht auf stabile Weise gebildet werden kann. Wenn andererseits die Reinheit des Kupfers höher als 99,9995 Masse-% ist, ist eine komplizierte Reinigungsbehandlung notwendig, und eine beträchtliche Zunahme der Herstellungskosten kann unterdrückt werden.
Aufgrund der oben beschriebenen Gründe wird die Reinheit des Kupfers in der Ausführungsform innerhalb eines Bereichs von 99,99 Masse-% bis 99,9995 Masse-% festgelegt. Um das Auftreten von anomaler Entladung zu unterdrücken, ist die untere Grenze der Reinheit des Kupfers bevorzugt 99,993 Masse-% oder höher und besonders bevorzugt 99,995 Masse-% oder höher. Um ferner eine beträchtliche Zunahme der Herstellungskosten zu unterdrücken, ist die obere Grenze der Reinheit des Kupfers bevorzugt 99,9990 Masse-% oder niedriger und besonders bevorzugt 99,9985 % oder niedrigen.
Die Reinheit des Kupfers in der Ausführungsform ist ein numerischer Wert, der Gaskomponenten, wie O, H, N, S und C, ausschließt.
D.h., die O-, H-, N-, S- und C-Gehalte werden unter Verwendung der folgenden Methoden gemessen, für O:Infrarotabsorptionsmethode nach Aufschmelzen unter Inertgas, H: Wärmeleitfähigkeitsmethode nach Aufschmelzen unter Inertgas, N: Wärmeleitfähigkeitsmethode nach Aufschmelzen unter Inertgas, S: Glimmentladungs-Massenspektrometrie und C: Verbrennungs-Infrarotabsorptionsmethode. Wenn die Reinheit des Kupfers berechnet wird, werden die O-, H-, N-, S- und C-Gehalte nicht reduziert, und die Gehalte anderer Elemente werden reduziert, um die Reinheit des Kupfers zu berechnen.
(Al: 0,5 Masse-ppm oder niedriger)
Al ist ein Element, das dazu neigt, ein Oxid, ein Carbid, ein Nitrid oder dergleichen zu bilden und daher dazu neigt, als Fremdstoff in dem Sputtertarget zurückzubleiben.
In der Ausführungsform wird daher durch Beschränken des Al-Gehalts auf 0,5 Masse-ppm oder niedriger, selbst wenn die Cu-Reinheit 99,99 Masse-% oder höher ist, anomale Entladung (Arcing) während der Filmbildung unterdrückt. Der Al-Gehalt ist vorzugsweise 0,2 Masse-ppm oder niedriger. Der untere Grenzwert des Al-Gehalts ist nicht beschränkt und beträgt vorzugsweise 0,001 Masse-ppm und besonders bevorzugt 0 Masse-ppm. Der Al-Gehalt wird unter Verwendung eines Glimmentladungs-Massenspektrometers (VG-9000, hergestellt von VG Elemental) gemäß dem analytischen Verfahren nach ASTM gemessen.
(Si: 1 Masse-ppm oder niedriger)
Si ist ein Element, das dazu neigt, ein Oxid, ein Carbid, ein Nitrid oder dergleichen zu bilden und neigt daher dazu, als Fremdstoff in dem Sputtertarget zurückzubleiben.
Daher wird in der Ausführungsform durch Beschränken des Si-Gehalts auf 1 Masse-ppm oder niedriger, selbst wenn die Cu-Reinheit 99,99 Masse-% oder höher ist, anomale Entladung (Arcing) während der Filmbildung unterdrückt. Der Si-Gehalt ist vorzugsweise 0,8 Masse-ppm oder niedriger. Der untere Grenzwert des Si-Gehalts ist nicht beschränkt und beträgt vorzugsweise 0,001 Masse-ppm und besonders bevorzugt 0 Masse-ppm. Der Si-Gehalt wird unter Verwendung eines Glimmentladungs-Massenspektrometers (VG-9000, hergestellt von VG Elemental) gemäß dem analytischen Verfahren nach ASTM gemessen.
(C: 1 Masse-ppm oder niedriger)
C reagiert mit anderen Verunreinigungselementen zur Bildung eines Carbids und neigt dazu, als Fremdstoff in dem Sputtertarget zurückzubleiben. Außerdem ist es wahrscheinlich, dass C in dem Sputtertarget zurückbleibt, selbst wenn es als einzige Substanz verwendet wird, und es kann daher dazu führen, dass anomale Entladung (Arcing) aufritt.
In der Ausführungsform wird daher durch Beschränken des C-Gehalts auf 1 Masse-ppm oder niedriger anomale Entladung (Arcing) während der Filmbildung unterdrückt. Der C-Gehalt ist vorzugsweise 0,8 Masse-ppm oder niedriger. Der untere Grenzwert des C-Gehalts ist nicht beschränkt und beträgt vorzugsweise 0,1 Masse-ppm und besonders bevorzugt 0 Masse-ppm. Der C-Gehalt wird unter Verwendung von CSLS 600 (hergestellt von LECO) gemäß einer Verbrennungs-Infrarotabsorptionsmethode (JIS Z 2615) gemessen.
(O: 2 Masse-ppm oder niedriger/H: 1 Masse-ppm oder niedriger)
Wenn ein Film unter Verwendung eines Sputtertargets gebildet wird, wird das Sputtern in einer Vakuumatmosphäre durchgeführt. Wenn daher große Mengen an Gaskomponenten vorhanden sind, nimmt das Vakuum während der Filmbildung ab, was anomale Entladung (Arcing) induzieren kann. Außerdem werden während der anomalen Entladung Partikel gebildet und daher kann sich die Qualität eines hochreinen Kupferfilms verschlechtern.
In der Ausführungsform wird der O-Gehalt daher auf 2 Masse-ppm oder niedriger und der H-Gehalt auf 1 Masse-ppm oder niedriger beschränkt. Der O-Gehalt ist vorzugsweise 1 Masse-ppm oder niedriger und H-Gehalt ist vorzugsweise 0,8 Masse-ppm oder niedriger. Der untere Grenzwert des O-Gehalts ist nicht beschränkt und beträgt vorzugsweise 0,5 Masse-ppm und besonders bevorzugt 0 Masse-ppm. Der O-Gehalt wird unter Verwendung von TCEN 600 (hergestellt von LECO) gemäß einer Infrarotabsorptionsmethode nach Aufschmelzen unter Inertgas (JIS A 1067) gemessen. Der untere Grenzwert des H-Gehalts ist nicht beschränkt und beträgt vorzugsweise 0,5 Masse-ppm und besonders bevorzugt 0 Masse-ppm. Der H-Gehalt wird unter Verwendung von RHEN 602 (hergestellt von LECO) gemäß einer Wärmeleitfähigkeitsmethode nach Aufschmelzen unter Inertgas (JIS Z 2614) gemessen.
(S: 5 Masse-ppm oder niedriger)
S ein Element, das mit einem anderen Verunreinigungselement reagiert, um ein Sulfid zu bilden, und neigt dazu, als Fremdstoff in dem Sputtertarget zurückzubleiben. Auch wenn A als einzige Substanz vorhanden ist, wird S während der Filmbildung in ein Gas umgewandelt und ionisiert, so dass das Vakuum abnimmt, was anomale Entladung (Arcing) induzieren kann.
In der Ausführungsform wird der S-Gehalt daher auf 5 Masse-ppm oder niedriger beschränkt. Der S-Gehalt ist vorzugsweise 4 Masse-ppm oder niedriger. Der untere Grenzwert des S-Gehalts ist nicht beschränkt und beträgt vorzugsweise 0,01 Masse-ppm und besonders bevorzugt 0 Masse-ppm. Der S-Gehalt wird unter Verwendung eines Glimmentladungs-Massenspektrometers (V-9000, hergestellt von VG Elemental) gemäß dem analytischen Verfahren nach ASTM gemessen.
(Gesamtgehalt von einem Element oder zwei oder mehreren Elementen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ag, As, Pb, Sb, Bi, Cd, Sn, Ni und Fe: 10 Masse-ppm bis 50 Masse-ppm)
Die oben beschriebenen Elemente Ag, As, Pb, Sb, Bi, Cd, Sn, Ni und Fe bewirken eine Reduzierung der Kristallkorngröße. Wenn andererseits große Mengen an den oben beschriebenen Elementen vorhanden sind, bildet sich während der Filmbildung eine große Menge an Partikeln und der Film kann nicht in stabiler Weise gebildet werden. Der Gehalt der oben beschriebenen Elemente wird durch optionales Einstellen der Zugabemengen der Elemente bestimmt. In dem warmstranggepressten Material (10) für ein zylindrisches Sputtertarget gemäß der Ausführungsform liegt der Gesamtgehalt der oben beschriebenen Elemente daher vorzugsweise in einem Bereich von 10 Masse-ppm bis 50 Masse-ppm, um die Kristallkorngröße zu reduzieren. Um die Wirkung der Reduzierung der Kristallkorngröße zuverlässig zu erhalten, ist die untere Grenze des Gesamtgehalts des einen Elements oder zwei oder mehreren Elementen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ag, As, Pb, Sb, Bi, Cd, Sn, Ni und Fe, vorzugsweise 15 Masse-ppm oder höher und besonders bevorzugt 20 Masse-ppm oder höher. Um die Partikelbildung zuverlässig zu unterdrücken, ist die obere Grenze des Gesamtgehalts des einen Elements oder zwei oder mehreren Elementen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ag, As, Pb, Sb, Bi, Cd, Sn, Ni und Fe, vorzugsweise 45 Masse-ppm oder niedriger und besonders bevorzugt 40 Masse-ppm oder niedriger.
Der Gehalt an Ag, As, Pb, Sb, Bi, Cd, Sn, Ni und Fe wird unter Verwendung eines Glimmentladungs-Massenspektrometers (VG-9000, hergestellt von VG Elemental) gemäß dem analytischen Verfahren nach ASTM gemessen.
(Durchschnittliche Kristallkorngröße: 10 µm bis 110 µm)
Die Sputterrate variiert in Abhängigkeit von den Kristallorientierungen. Mit dem Fortschreiten des Sputterns wird daher aufgrund der Variation der Sputterrate eine Unebenheit entsprechend den Kristallkörnern auf der Sputteroberfläche gebildet.
Wenn die durchschnittliche Kristallkorngröße mehr als 110 µm beträgt, wird die auf der Sputteroberfläche gebildete Unebenheit signifikant, elektrische Ladungen konzentrieren sich an hervorstehenden Abschnitten und es ist wahrscheinlich, dass anomale Entladung auftritt. Wenn andererseits die durchschnittliche Kristallkorngröße weniger als 10 µm beträgt, nehmen die Herstellungskosten signifikant zu.
In der Ausführungsform wird die durchschnittliche Kristallgröße daher auf einen Bereich von 10 µm bis 110 µm beschränkt. Um die Unebenheit der Sputteroberfläche zuverlässig zu unterdrücken und die anomale Entladung mit fortschreitendem Sputtern zuverlässig zu unterdrücken, beträgt die durchschnittliche Kristallkorngröße vorzugsweise 100 µm oder weniger und besonders bevorzugt 80 µm oder weniger. Um außerdem eine signifikante Zunahme der Herstellungskosten zu unterdrücken, beträgt die durchschnittliche Kristallkorngröße vorzugsweise 20 µm oder mehr und besonders bevorzugt 30 µm oder mehr.
(Vickers-Härte: 40 Hv bis 100 Hv)
In dem warmstranggepressten Material (10) für ein zylindrisches Sputtertarget gemäß der Ausführungsform nehmen interne Spannungen in den Kristallkörnern zu, die Bildung von sekundären Elektronen während des Sputterns wird unstabil und ein Film kann nicht in stabiler Weise gebildet werden, wenn die Vickers-Härte höher als 100 Hv ist. Aufgrund der internen Spannungen variiert außerdem die Sputterrate, eine Unebenheit auf der Sputteroberfläche wird gebildet und daher kann die Anzahl an Mikrobogenentladungen zunehmen. Wenn andererseits die Vickers-Härte niedriger als 40 Hv ist, nimmt die Kristallkorngröße zu. Daher bildet sich mit Fortschreiten des Sputterns eine Unebenheit auf der Sputteroberfläche und es ist wahrscheinlich, dass anomale Entladung aufritt.
Aufgrund der obigen Gründe wird die Vickers-Härte in der Ausführungsform auf einen Bereich von 40 Hv bis 100 Hv beschränkt. Um die Zunahme der Kristallkorngröße zu unterdrücken und die anomale Entladung zuverlässig zu unterdrücken, ist die untere Grenze der Vickers-Härte vorzugsweise 45 Hv oder höher und besonders bevorzugt 50 Hv oder höher. Um die Sputterrate gleichmäßig zu machen und die Unebenheit der Dicke sowie Mikrobogenentladung zuverlässig zu unterdrücken, ist die obere Grenze der Vickers-Härte der Sputter-Oberfläche vorzugsweise 95 Hv oder niedriger und besonders bevorzugt 90 Hv oder niedriger.
Die Vickers-Härte kann an all den 36 Positionen, welche dieselben sind wie die in der Messung der durchschnittlichen Kristallkorngröße, unter Verwendung eines Vickers-Härtetesters gemäß JIS Z 2244 gemessen werden.
(Gewichtsanteil und Zahl an säureunlöslichen Rückständen)
Wenn säureunlösliche Rückstände in dem warmstranggepressten Material (10) für ein zylindrisches Sputtertarget gemäß der Ausführungsform vorhanden sind, ist es wahrscheinlich, dass aufgrund der säureunlöslichen Rückstände anomale Entladung auftritt. Insbesondere konzentrieren sich elektrische Ladungen an Rückständen mit einer Korngröße von 5 µm oder mehr und anomale Entladung kann aufgrund dieser Rückstände auftreten.
In der Ausführungsform wird der Gewichtsanteil an säureunlöslichen Rückständen daher auf 1,5 Masse-ppm oder niedriger beschränkt und die Zahl an säureunlöslichen Rückständen mit einer Korngröße von 5 um oder mehr wird auf 15.000 Rückstände/1 g Cu oder weniger beschränkt.
Um das Auftreten von anomaler Entladung weiter zu unterdrücken, ist der Gewichtsanteil an säureunlöslichen Rückständen vorzugsweise 1,2 Masse-ppm oder niedriger und die Zahl an säureunlöslichen Rückständen mit einer Korngröße von 5 µm oder mehr ist vorzugsweise 12.000 Rückstände/1 g Cu oder niedriger.
Der untere Grenzwert des Gewichtsanteils an Rückständen ist nicht besonders beschränkt und kann 0,5 Masse-ppm betragen und der untere Grenzwert der Zahl an säureunlöslichen Rückständen mit einer Korngröße von 5 µm oder mehr kann 500 Rückstände/1 g Cu betragen.
(Maximale Biegegröße)
Wenn die maximale Biegegröße in dem warmstranggepressten Material für ein zylindrisches Sputtertarget gemäß der Ausführungsform zunimmt, nimmt die Frästoleranz während des Fräsens zu, es kann schwierig werden, ein dickes zylindrisches Sputtertarget herzustellen. Außerdem nimmt die Ausbeute ab und daher können die Herstellungskosten signifikant zunehmen.
In der Ausführungsform wird die maximale Biegegröße daher auf 1,5 mm oder niedriger beschränkt. Um die Frästoleranz während des Fräsens zuverlässig zu senken, beträgt die maximale Biegegröße vorzugsweise 1,2 mm oder weniger und besonders bevorzug 1,0 mm oder weniger. Der untere Grenzwert der maximalen Biegegröße ist nicht besonders beschränkt und kann 0,1 mm betragen.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung des warmstranggepressten Materials (10) für ein zylindrisches Sputtertarget mit der oben beschriebenen Konfiguration und ein Verfahren zur Herstellung zur Herstellung eines zylindrischen Sputtertargets unter Verwendung des warmstranggepressten Materials (10) für ein zylindrisches Sputtertarget unter Bezugnahme eines Ablaufdiagramms der 3 beschrieben.
In der Ausführungsform schließt das Verfahren ein: einen Schmelz- und Gießschritt (S01) zum Erhalten eines Blocks mit einer vorbestimmten Zusammensetzung, einen Warmstrangpressschritt (S02) zur Durchführung eines Warmstrangpressens an dem erhaltenen Block, um das warmstranggepresste Material (10) für ein zylindrisches Sputtertarget zu erhalten, und einen Zerspanungsschritt (S03) zur Durchführung einer Zerspanung an dem erhaltenen warmstranggepressten Material (10) für ein zylindrisches Sputtertarget.
In dem Schmelz- und Gießschritt (S01) wird ein zylindrischer Block unter Verwendung von verschiedenen Stranggussanlagen, wie einer vertikalen Stranggussanlage, einer horizontalen Stranggussanlage oder einer halbkontinuierlichen Stranggussanlage stranggegossen und in eine vorbestimmte Länge geschnitten.
Um den Gehalt an Verunreinigungselementen, wie Al oder Si, zu verringern, wird in dem Schmelz- und Gießschritt (S01) Sauerstoff in eine Wanne eingespeist, durch die das geschmolzene Kupfer geleitet wird, um Oxide zu erzeugen und die Verunreinigungselemente als Feststoffe zu entfernen, und dann wird das geschmolzene Kupfer desoxidiert. Außerdem wird in der Ausführungsform der Block als Produkt erhalten, sobald das Verhalten der Verunreinigungselemente 5 t nach Beginn des Gießens stabil ist.
In dem Warmstrangpressschritt (S02) wird ein Strangpressen an dem zylindrischen Block bei einer vorbestimmten Temperatur zur Herstellung eines warmstranggepressten Materials (10) für ein zylindrisches Sputtertarget durchgeführt.
In der Ausführungsform wird die Warmstrangpresstemperatur in einem Bereich von 500°C bis 600°C eingestellt. Die Warmstrangpresstemperatur beträgt vorzugsweise 520°C bis 580°C. Nach dem Strangpressen wird ein Durchwärmen (soaking) in einer Durchwärmungszone (soaking zone) einschließlich Erwärmungsvorrichtungen, wie einem Heizgerät, durchgeführt und dann wird eine schnelle Abkühlung durchgeführt.
In der Durchwärmungszone liegt die Haltetemperatur in einem Bereich von 530°C bis 600°C und eine Haltedauer wird in einem Bereich von 1 min bis 15 min eingestellt. Die Haltetemperatur beträgt vorzugsweise 540°C bis 580°C und die Haltedauer beträgt vorzugsweise 2 min bis 10 min. Während des schnellen Abkühlens wird außerdem die Abkühlgeschwindigkeit in einem Bereich von 30°C/min bis 60°C/min eingestellt. Die Abkühlgeschwindigkeit beträgt vorzugsweise 35°C/min bis 55°C/min.
Auf diese Weise wird das warmstranggepresste Material (10) für ein zylindrisches Sputtertarget gemäß der Ausführungsform erhalten.
In der Ausführungsform wird außerdem eine Zerspanung an dem warmstranggepressten Material (10) für ein zylindrisches Sputtertarget durchgeführt, um ein zylindrisches Sputtertarget mit einer vorbestimmten Größe herzustellen. D.h., in der Ausführungsform wird das zylindrische Sputtertarget ohne Durchführung einer Kaltbearbeitung an dem warmstranggepressten Material (10) für ein zylindrisches Sputtertarget hergestellt.
Das zylindrische Sputtertarget dreht sich während der Verwendung in einer Sputter-Vorrichtung um eine Achse und seine Außenumfangsoberfläche wird als Sputteroberfläche verwendet.
In dem warmstranggepressten Material (10) für ein zylindrisches Sputtertarget gemäß der Ausführungsform mit der oben beschriebenen Konfiguration liegt, wie in 1 dargestellt wird, eine durchschnittliche Kristallkorngröße, gemessen an insgesamt 36 Positionen, in einem Bereich von 10 µm bis 110 µm und eine Vickers-Härte, gemessen an den insgesamt 36 Positionen, in einem Bereich von 40 Hv bis 100 Hv, wobei die 36 Positionen ausgewählt werden, indem drei Querschnitte senkrecht zu einer O-Achsenrichtung von einem Endabschnitt (A), einem Zwischenabschnitt (B) und einem anderen Endabschnitt (C) in der O-Achsenrichtung erhalten werden, vier Positionen (1, 2, 3, 4) in einer Umfangsrichtung von jedem der drei Querschnitte festgelegt werden und drei Positionen unter jeder der vier Positionen festgelegt werden, wobei die drei Positionen einen Oberflächenteil (a), eine 1/4-Position (b) radial ausgehend von dem Oberflächenteil und eine 1/2-Position (c) radial ausgehend von dem Oberflächenteil einschließen. Daher gibt es keine Variationen der Kristallkorngröße und der Vickers-Härte, und das warmstranggepresste Material (10) für ein zylindrisches Sputtertarget kann bereits nach seiner Zerspanung als zylindrisches Sputtertarget verwendet werden.
Wie oben erwähnt, ist eine Kaltbearbeitung (Expansion) nicht notwendig. Daher kann ein dickes zylindrisches Sputtertarget erhalten werden, und seine Lebensdauer kann verlängert werden.
In der Ausführungsform ist der Al-Gehalt außerdem 0,5 Masse-ppm oder niedriger, der Si-Gehalt ist 1 Masse-ppm oder niedriger, der C-Gehalt ist 1 Masse-ppm oder niedriger, der O-Gehalt ist 2 Masse-ppm oder niedriger, der H-Gehalt ist 1 Masse-ppm oder niedriger und der S-Gehalt ist 5 Masse-ppm oder niedriger. Daher kann das durch Fremdstoffe einschließlich der Verunreinigungen verursachte Auftreten von anomaler Entladung unterdrückt werden, und ein Film kann in stabiler Weise gebildet werden.
In dem warmstranggepressten Material (10) für ein zylindrisches Sputtertarget gemäß der Ausführungsform ist außerdem der Gehalt an einem Element oder zwei oder mehreren Elementen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ag, As, Pb, Sb, Bi, Cd, Sn, Ni und Fe, 10 Masse-ppm oder höher. Daher kann die Kristallkorngröße verringert werden, um eine Variation der durchschnittlichen Kristallkorngröße und der Vickers-Härte kann ferner unterdrückt werden.
Andererseits ist der Gesamtgehalt an einem Element oder zwei oder mehreren Elementen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ag, As, Pb, Sb, Bi, Cd, Sn, Ni und Fe, auf 50 Masse-ppm oder niedriger beschränkt. Daher kann das durch diese Elemente verursachte Auftreten von anomaler Entladung zuverlässig reduziert werden.
Ferner ist in dem warmstranggepressten Material (10) für ein zylindrisches Sputtertarget gemäß er Ausführungsform der Gewichtsanteil an säureunlöslichen Rückständen 1,5 Masse-ppm oder niedriger und die Zahl an säureunlöslichen Rückständen mit einer Korngröße von 5 µm oder mehr ist auf 15.000 Rückstände/1 g Cu oder weniger beschränkt. Daher kann die Partikelbildung während der Filmbildung unterdrückt werden.
In dem warmstranggepressten Material (10) für ein zylindrisches Sputtertarget gemäß der Ausführungsform beträgt der Außendurchmesser außerdem 140 mm bis 200 mm, der Innendurchmesser beträgt 80 mm bis 140 mm und die Länge beträgt 900 mm bis 4.000 m. Somit kann ein relativ dickes und langlebiges zylindrisches Sputtertarget hergestellt werden.
Ferner beträgt die maximale Biegegröße 1,5 mm oder weniger. Somit kann eine durch das Fräsen verursacht Verringerung der Dicke unterdrückt werden.
Ferner schließt das Verfahren zur Herstellung eines zylindrischen Sputtertargets gemäß der Ausführungsform den Zerspanungsschritt (S03) zur Durchführung einer Zerspanung an dem erhaltenen warmstranggepressten Material (10) für ein zylindrisches Sputtertarget gemäß der Ausführungsform ein. In diesem Verfahren ist ein Abkühlungsschritt nicht notwendig, und die Herstellungskosten können reduziert werden. Außerdem tritt die durch einen Abkühlungsschritt verursachte Durchbiegung oder Verwölbung nicht auf, die Innenumfangsoberfläche und die Außenumfangsoberfläche des warmstranggepressten Material (10) für ein zylindrisches Sputtertarget werden nicht mehr als notwendig gefräst und daher kann ein dickes zylindrisches Sputtertarget erhalten werden.
Vorstehend wurde die erfindungsgemäße Ausführungsform beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die Ausführungsform beschränkt und verschiedene Modifikationen können innerhalb eines Bereiches, der nicht von den technischen Konzepten der vorliegenden Erfindung abweicht, vorgenommen werden.
Z.B. ist in der Ausführungsform die Größe des warmstranggepressten Materials für ein zylindrisches Sputtertarget nicht auf die der Ausführungsform beschränkt und kann eine andere Größe sein.
BEISPIELE
Nachfolgend werden die Ergebnisse eines Experiments zur Verifizierung der Effektivität der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Als erstes wurde in einer vertikalen Stranggießanlage ein zylindrischer aus Kupfer mit einer in Tabelle 1 dargestellten Zusammensetzung gebildeter Block unter Verwendung von elektrolytischem Kupfer mit einer Reinheit von 99,99 Masse-% oder höher als Rohmaterial erhalten. Durch Analyse der Komponenten des elektrolytischen Kupfers als Rohmaterial vor dem Schmelzen und Gießen wurden die Gehalte an Ag, As, Pb, Sb, Bi, Cd, Sn, Ni und Fe eingestellt. Außerdem wurden Ag, As, Pb, Sb, Bi, Cd, Sn, Ni und Fe gegebenenfalls zu der geschmolzenen Legierung hinzugefügt, um ihre Gehalte einzustellen. In den Beispielen 1 bis 18 und im Vergleichsbeispiel 1 wurden die Verunreinigungen, wie Al oder Si, wie oben beschrieben entfernt. Andererseits wurden die Verunreinigungen in den Vergleichsbeispielen 2 und 3 nicht entfernt.
Der Block wurde zur Durchführung eines Warmstrangpressens auf eine in Tabelle 2 dargestellte Behandlungstemperatur erwärmt. Als Ergebnis wurde ein warmstranggepresstes Material für ein zylindrisches Sputtertarget (Außendurchmesser: 173 mm, Innendurchmesser: 125 mm) erhalten.
In den Beispielen 1 bis 18 wurde der Block nach dem Strangpressen durch eine Durchwärmungszone (soaking zone) (Haltetemperatur: 580°C, Haltedauer: 5 min) geleitet und dann bei einer in Tabelle 2 dargestellten Abkühlgeschwindigkeit abgekühlt. Andererseits wurde in den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 keine Durchwärmungszone bereitgestellt, und nach dem Strangpressen wurde der Block bei einer in Tabelle 2 dargestellten Abkühlgeschwindigkeit abgekühlt.
An dem warmstranggepressten Material für ein zylindrisches Sputtertarget, das wie oben beschrieben erhalten wurde, wurde eine Zerspanung durchgeführt. Als Ergebnis wurde ein zylindrisches Sputtertarget (Außendurchmesser: 170 mm, Innendurchmesser: 120 mm, Länge: 600 mm) hergestellt.
An dem warmstranggepressten Material für ein zylindrisches Sputtertarget und dem zylindrisches Sputtertarget wurden die folgenden Evaluierungen durchgeführt.
<Analyse von Verunreinigungselementen und zugehörigen Elementen>
Verunreinigungselemente (Al, Si und S) mit Ausnahme von O, H und C und zugehörige Elemente, einschließlich Ag, As, Pb, Sb, Bi, Cd, Sn, Ni und Fe, wurden unter Verwendung eines Glimmentladungs-Massenspektrometers (VG-9000, hergestellt von VG Elemental) analysiert. Die Analyse wurde gemäß dem analytischen Verfahren nach ASTM durchgeführt.
Die O-Analyse wurde unter Verwendung einer Infrarotabsorptionsmethode nach Aufschmelzen unter Inertgas durchgeführt (JIS H 1067). Insbesondere wurde die Analyse unter Verwendung von TCEN 600 (hergestellt von LECO) gemäß JIS Z 2613 durchgeführt.
Die H-Analyse wurde unter Verwendung einer Wärmeleitfähigkeitsmethode nach Aufschmelzen unter Inertgas durchgeführt. Insbesondere wurde die Analyse unter Verwendung von RHEN 602 (hergestellt von LECO) gemäß JIS Z 2614 durchgeführt.
Die C-Analyse wurde unter Verwendung einer Verbrennungs-Infrarotabsorptionsmethode durchgeführt. Insbesondere wurde die Analyse unter Verwendung von CSLS 600 (hergestellt von LECO) gemäß JIS Z 2615 durchgeführt.
Die in Tabelle 1 dargestellte Reinheit von Kupfer ist ein Wert, der durch Subtrahieren der Summe der Gehalte der zugehörigen Elemente außer den Gaskomponenten, des Al-Gehalts und des Si-Gehalts von 100 Masse-% des erhaltenen warmstranggepressten Materials für ein zylindrisches Sputtertarget erhalten wurde.
<Durchschnittliche Kristallkorngröße des warmstranggepressten Materials für ein zylindrisches Sputtertarget>
Wie in 1 dargestellt wird, wird eine Kristallkorngröße an insgesamt 36 Positionen gemessen, und eine durchschnittliche Kristallkorngröße davon wurde berechnet, wobei die 36 Positionen ausgewählt wurden, indem drei Querschnitte senkrecht zu einer Achsenrichtung von einem Endabschnitt (A), einem Zwischenabschnitt (B) und einem anderen Endabschnitt (C) in der Achsenrichtung erhalten wurden, vier Positionen (1, 2, 3, 4) in einer Umfangsrichtung von jedem der drei Querschnitte festgelegt wurden und drei Positionen unter jeder der vier Positionen festgelegt wurden, wobei die drei Positionen einen Oberflächenteil (a), eine 1/4-Position (b) radial ausgehend von dem Oberflächenteil und eine 1/2-Position (c) radial ausgehend von dem Oberflächenteil einschließen. Die Kristallkorngröße wurde gemäß JIS H0501:1986 (Schnittmethode) nach Betrachtung einer Mikrostruktur mit einem Lichtmikroskop gemessen. Die Auswertungsergebnisse werden in Tabelle 2 dargestellt.
<Vickers-Härte des warmstranggepressten Materials für ein zylindrisches Sputtertarget>
Wie in 1 dargestellt wird, wurde eine Vickers-Härte an insgesamt 36 Positionen gemessen, und ein Durchschnittswert davon wurde berechnet, wobei die 36 Positionen ausgewählt wurden, indem drei Querschnitte senkrecht zu einer Achsenrichtung von einem Endabschnitt (A), einem Zwischenabschnitt (B) und einem anderen Endabschnitt (C) in der Achsenrichtung erhalten wurden, vier Positionen (1, 2, 3, 4) in einer Umfangsrichtung von jedem der drei Querschnitte festgelegt wurden und drei Positionen unter jeder der vier Positionen festgelegt wurden, wobei die drei Positionen einen Oberflächenteil (a), eine 1/4-Position (b) radial ausgehend von dem Oberflächenteil und eine 1/2-Position (c) radial ausgehend von dem Oberflächenteil einschließen. Die Vickers-Härte wurde unter Verwendung eines Vickers-Härtetesters gemäß JIS Z 2244 gemessen. Die Auswertungsergebnisse werden in Tabelle 2 dargestellt.
<Säureunlösliche Rückstände>
Eine Messprobe wurde mit Salpetersäure geätzt, um auf der Oberfläche haftende Verunreinigungen zu entfernen. Als nächstes wurden 100 g der Probe ausgewogen. Diese Probe wurde erwärmt und in einer Salpetersäurelösung gelöst. Die Erwärmungstemperatur betrug 60°C. Dieser Vorgang wurde wiederholt. Als nächstes wurde die Probe auf Raumtemperatur abgekühlt und durch einen Filter filtriert, um Rückstände zu sammeln.
Das Filtrieren wurde unter Verwendung eines Polycarbonatfilters (Porengröße: 0,4 µm) durchgeführt. Der Polycarbonatfilter, in dem die Rückstände gesammelt wurden, wurde unter Verwendung einer elektronischen Waage in einem Reinraum gewogen, um die Rückstandsmasse der Rückstände zu messen, und ein Gewichtsanteil an säureunlöslichem Rückstand wurde berechnet. Die Auswertungsergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt.
Außerdem wurde eine Korngrößenverteilung des säureunlöslichen Rückstands gemessen. Der Filter, in dem die Rückstände gesammelt wurden, wurde unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops betrachtet, um eine REM-Aufnahme zu erhalten. Die Aufnahme wurde mit einem Computer bearbeitet und wurde binarisiert und unter Verwendung einer Bildanalyse-Software (WinRoof-Software) analysiert. Die Projektionsfläche des Rückstands wurde gemessen, und der Durchmesser (flächengleicher Kreisdurchmesser) eines Kreises mit derselben Fläche wie die Projektionsfläche wurde berechnet. Dieser flächengleiche Kreisdurchmesser wurde als Korngröße des Rückstands angenommen. Die Zahl an säureunlöslichen Rückständen mit einer Korngröße von 5 µm oder mehr wurde gemessen. Die Auswertungsergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt.
<Sputtertest>
Unter Verwendung des erhaltenen zylindrischen Sputtertargets wurde ein Sputtertest unter den folgenden Bedingungen durchgeführt, und die Anzahl an anomalen Entladungen wurde unter Verwendung eines Arcing-Zählers in einer Sputtervorrichtung gezählt. Der Sputtertest wurde hinsichtlich des Atmosphärengases unter „Ar-Gas“ und „N₂-Gas“ durchgeführt. Die Auswertungsergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt.

Stromquelle: Gleichstrom

Sputterleistung: 600 W

Sputterdruck: 0,2 Pa

Sputterdauer: 8 Stunden

Höchstvakuum: 4×10^-5 Pa oder niedriger

Atmosphärengaszusammensetzung: Ar-Gas/N₂-Gas
<Rissbildung>
Wenn die Zerspanung an dem warmstranggepressten Material für ein zylindrisches Sputtertarget durchgeführt wurde, wurde die Oberfläche durch Sichtkontrolle betrachtet, um zu bestimmen, ob Kratzer oder eine Unebenheit auf der Oberfläche gebildet wurden oder nicht. Für den Fall, dass es nicht notwendig war, einen Kratzer oder einen gerissenen Abschnitt zu reparieren und diese eine Tiefe von 0,5 mm oder weniger aufwies und eine Länge von weniger als 5 mm oder weniger aufwies, wurde das zylindrische Sputtertarget mit A bewertet. Für den Fall, dass ein Kratzer oder ein gerissener Abschnitt eine Tiefe von mehr als 0,5 mm aufwies und eine Länge von mehr als 5 mm, wurde das zylindrische Sputtertarget mit B bewertet. Die Auswertungsergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt.
<Maximale Biegegröße>

Gemäß der Ausführungsform und dem Verfahren, dargestellt in 2, wurde die maximale Biegegröße des warmstranggepressten Materials für ein zylindrisches Sputtertarget gemessen. Die Auswertungsergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt. [Tabelle 1]

		Verunreinigungen und Gaskomponenten (Masse-ppm)						Gehalte der zugehörigen Elemente (Masse-ppm)									Reinheit des Kupfers (Masse-% )
		Al	Si	C	0	H	S	Ag	As	Pb	Bi	Cd	Sn	Ni	Fe	Gesamtgehalt	Reinheit des Kupfers (Masse-% )
Beispiel	1	0, 04	0,5	0,5	2,0	0,9	3	0,1	<1	<1	<1	<1	<1	2	2	4,1	99,9995
	2	0,14	0,2	0,3	<0,5	<0,5	4	0,2	<1	<1	<1	<1	<1	3	2	5,2	99,9994
	3	0,08	0,1	0,2	1,5	1,0	3	0,5	<1	<1	<1	<1	<1	4	5	9,5	99,9990
	4	0,48	0,5	1,0	<0,5	<0,5	3	20	1	10	1	2	10	10	20	74	99,9925
	5	0,02	0,5	0,5	<0,5	<0,5	4	10	<1	<1	<1	<1	<1	1	1	12	99,9987
	6	0,05	1,0	0,5	<0,5	<0,5	3	13	11	2	4	<1	<1	1	1	32	99,9966
	7	0,50	1,0	0,5	<0,5	<0,5	3	13	<1	11	<1	<1	<1	1	1	26	99,9972
	8	0,06	0,9	0,5	<0,5	1,0	4	13	3	2	8	<1	<1	1	1	28	99,9971
	9	0,122	0,7	0,5	<0,5	<0,5	4	13	3	2	<1	9	<1	1	1	29	99,9970
	10	0,15	0,6	0,5	<0,5	<0,5	3	13	<1	<1	<1	<1	7	1	1	22	99,9977
	11	0,04	0,6	0,5	2,0	0,8	3	13	<1	<1	<1	<1	<1	13	7	33	99,9966
	12	0,50	0,9	1,0	1,6	0,8	4	13	<1	<1	<1	<1	<1	<1	9	22	99,9976
	13	0,12	0,5	0,5	<0,5	<0,5	5	12	<1	<1	<1	<1	<1	13	12	37	99,9962
	14	0,12	0,5	0,5	<0,5	<0,5	3	13	<1	<1	<1	<1	<1	1	1	15	99,9984
	15	0,15	0,2	0,5	<0,5	<0,5	3	12	<1	<1	<1	<1	<1	1	1	14	99,9985
	16	0,09	0,1	0,5	<0,5	<0,5	3	14	<1	<1	<1	<1	<1	1	1	16	99,9983
	17	0,07	0,8	0,5	<0,5	<0,5	5	15	<1	<1	<1	<1	<1	1	1	17	99,9982
	18	0,10	1,0	0,5	<0,5	<0,5	3	13	<1	<1	<1	<1	<1	1	1	15	99,9983
Vergl.-Beispiel	1	1,5	1,5	2,0	10,0	1,4	9	15	<1	7	<1	<1	<1	9	10	41	99,9955
	2	2,0	1,4	2,0	5,2	1,5	8	15	<1	8	<1	<1	<1	10	10	43	99,9953
	3	2,0	1,5	2,0	4,1	1,3	10	15	<1	5	<1	<1	5	7	10	42	99,9954

[Table 2]

		Gießschritt	Strangpressschritt			Kristallkorngröße µm	Vickers-Härte Hv	säureunlösliche Rückstände		Anzahl der anomalen Entladungen		Rissbildung	Maximale Biegegröße
		Entfernung der Verunreinigungen	Behandlungstemperatur °C	Durchwärmzone	Abkühlgeschwindigkeit °C/sek	Kristallkorngröße µm	Vickers-Härte Hv	Gewichtsanteil Masse-ppm	Zahl der säureunlöslichen Rückstände/1g Cu	Ar-An - zahl/h	N₂-Anzahl/h	Rissbildung	Maximale Biegegröße
Beispiele	1	durchgeführt	510	vorhanden	35	84	69	0,8	12000	1	2	A	0,7
	2	durchgeführt	580	vorhanden	35	89	65	0,6	8000	1	1	A	0,7
	3	durchgeführt	550	vorhanden	40	60	70	0,3	4500	1	2	A	0,7
	4	durchgeführt	510	vorhanden	42	24	90	0,4	4000	2	3	A	0,7
	5	durchgeführt	520	vorhanden	38	29	86	0,5	4200	0	0	A	0,8
	6	durchgeführt	540	vorhanden	48	45	81	0,4	4000	0	0	A	0,7
	7	durchgeführt	550	vorhanden	55	51	71	0,8	7900	0	0	A	0,6
	8	durchgeführt	560	vorhanden	51	79	60	0,6	8400	0	0	A	0,7
	9	durchgeführt	580	vorhanden	49	89	55	0,5	3900	0	0	A	0,7
	10	durchgeführt	590	vorhanden	51	98	51	0,8	13000	1	1	A	0,8
	11	durchgeführt	540	vorhanden	39	37	90	0,8	12100	1	1	A	0,6

[Table 2] Fortsetzung

		Gießschritt	Strang press schritt			Kris-		säureunlösliche Rückstände		Anzahl der anomalen Entladungen
		Entfernung der Verunreinigungen	Behandlungstemperatur °C	Durchwärmzone	Abkühlgeschwindigkeit °C/sek	tallkorngröße µm	Vickers-Härte Hv	Gewichtsanteil Masse-ppm	Zahl der säureunlöslichen Rückstände/1g Cu	Ar-Anzahl/h	N₂-Anzahl/h	Rissbildung	Maximale Biegegröße
	12	durchgeführt	550	vorhanden	31	29	59	1,2	13900	2	2	A	0,7
	13	durchgeführt	550	vorhanden	58	27	64	0,6	8300	0	1	A	0,8
	14	durchgeführt	550	vorhanden	55	59	78	0,7	9100	0	1	A	0,7
	15	durchgeführt	520	vorhanden	38	31	95	1,0	13000	1	1	A	0,7
	16	durchgeführt	520	vorhanden	39	35	89	1,9	14500	3	3	A	0,7
	17	durchgeführt	530	vorhanden	39	58	79	0,9	21400	3	4	A	0,8
	18	durchgeführt	590	vorhanden	44	98	49	0,6	8200	0	0	A	2,3
Vergl.-Beispiel	1	durchgeführt	450	nicht vorhanden	48	Da Strangpressen nicht durchgeführt werden konnte, wurden keine Auswertungen vorgenommen.
	2	nicht durchgeführt	750	nicht vorhanden	55	110	40	2,0	30000	121	81	B	1,2
	3	nicht durchgeführt	800	nicht vorhanden	34	120	32	1,9	29000	112	73	B	1,9

In Vergleichsbeispiel 1 war die Erwärmungstemperatur in dem Strangpressschritt niedriger als 450°C und daher konnte ein Strangpressen nicht durchgeführt werden. Die nachfolgenden Auswertungen wurden daher gestoppt.
In den Vergleichsbeispielen 2 und 3 waren die Gehalte an Al und Si als Verunreinigungen und die Gehalte an C, O, H und S als Gaskomponenten außerhalb der erfindungsgemäßen Bereiche, die Zahl an säureunlöslichen Rückständen war hoch und die Anzahl an anomalen Entladungen war äußerst hoch. Außerdem trat während des Fräsens häufig eine Rissbildung auf.
Andererseits war in allen Beispielen die Anzahl an anomalen Entladungen gering und ein Film konnte in stabiler Weise gebildet werden. Außerdem war die Häufigkeit von Rissbindung während des Fräsens gering und die Zerspanbarkeit ausgezeichnet.
Anhand der obigen Ergebnisse wurde bestätigt, dass es gemäß den Beispielen möglich ist, ein dickes und langlebiges warmstranggepresstes Material für ein zylindrisches Sputtertarget bereitzustellen, mit dem anomale Entladung unterdrückt wird, so dass ein Film in stabiler Weise gebildet werden kann.
Bezugszeichenliste

10:: WARMSTRANGGEPRESSTES MATERIAL FÜR EIN ZYLINDRISCHES SPUTTERTARGET

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2016 [0002]
JP 199009 [0002]
JP 4974198 [0007]

Claims

Warmstranggepresstes Material für ein zylindrisches Sputtertarget, wobei eine Reinheit von Kupfer in einem Bereich von 99,99 Masse-% bis 99,9995 Masse-% liegt, ein Al-Gehalt 0,5 Masse-ppm oder niedriger ist, ein Si-Gehalt 1 Masse-ppm oder niedriger ist, ein C-Gehalt 1 Masse-ppm oder niedriger ist, ein O-Gehalt 2 Masse-ppm oder niedriger ist, ein H-Gehalt 1 Masse-ppm oder niedriger ist und ein S-Gehalt 5 Masse-ppm oder niedriger ist und eine durchschnittliche Kristallkorngröße, gemessen an insgesamt 36 Positionen, in einem Bereich von 10 µm bis 110 µm liegt und eine Vickers-Härte, gemessen an den insgesamt 36 Positionen, in einem Bereich von 40 Hv bis 100 Hv liegt, wobei die 36 Positionen ausgewählt werden, indem drei Querschnitte senkrecht zu einer Achsenrichtung von einem Endabschnitt, einem Zwischenabschnitt und einem anderen Endabschnitt in der Achsenrichtung erhalten werden, vier Positionen in einer Umfangsrichtung von jedem der drei Querschnitte festgelegt werden und drei Positionen unter jeder der vier Positionen festgelegt werden, wobei die drei Positionen einen Oberflächenteil, eine 1/4-Position radial ausgehend von dem Oberflächenteil und eine 1/2-Position radial ausgehend von dem Oberflächenteil einschließen.
Warmstranggepresstes Material für ein zylindrisches Sputtertarget gemäß Anspruch 1, wobei ein Gesamtgehalt an einem Element oder zwei oder mehreren Elementen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ag, As, Pb, Sb, Bi, Cd, Sn, Ni und Fe, in einem Bereich von 10 Masse-ppm bis 50 Masse-ppm liegt.
Warmstranggepresstes Material für ein zylindrisches Sputtertarget gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei ein Gewichtsanteil an säureunlöslichen Rückständen 1,5 Masse-ppm oder niedriger ist und die Zahl an säureunlöslichen Rückständen mit einer Korngröße von 5 µm oder mehr 15.000 Rückstände/1 g Cu oder kleiner ist.
Warmstranggepresstes Material für ein zylindrisches Sputtertarget gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Außendurchmesser 140 m bis 200 mm beträgt, ein Innendurchmesser 80 mm bis 140 mm beträgt und eine Länge von 900 mm bis 4.000 mm beträgt und eine maximale Biegegröße 1,5 mm oder kleiner ist.
Verfahren zur Herstellung eines zylindrischen Sputtertargets, wobei das Verfahren umfasst: einen Schmelz- und Gießschritt zum Erhalten eines Blocks, in dem eine Reinheit von Kupfer in 99,99 Masse-% bis 99,9995 Masse-% beträgt, ein Al-Gehalt 0,5 Masse-ppm oder niedriger ist, ein Si-Gehalt 1 Masse-ppm oder niedriger ist, ein C-Gehalt 1 Masse-ppm oder niedriger ist, ein O-Gehalt 2 Masse-ppm oder niedriger ist, ein H-Gehalt 1 Masse-ppm oder niedriger ist und ein S-Gehalt 5 Masse-ppm oder niedriger ist, ein Warmstrangpressschritt zum Durchführen von Warmstrangpressen an dem Block, um ein warmstranggepresstes Material für ein zylindrisches Sputtertarget zu erhalten, und einen Zerspanungsschritt zur Durchführung einer Zerspanung an dem warmstranggepressten Material für ein zylindrisches Sputtertarget.