JP2002053922A - 高純度スポンジチタン材及びその製造方法 - Google Patents
高純度スポンジチタン材及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 酸素量及び金属元素量の少ない高純度スポン
ジチタン材を経済的に製造する。 【解決手段】 真空分離工程における真空分離時間ｔ
を、真空分離開始から反応容器内の材料の中心部温度が
安定温度に到達するまでの時間をｔｏ時間として、ｔ＝
ｔｏ＋１５〜＋３５時間とする。材料中の金属元素量の
少ない中心近傍部分において、ＢＥＴ法による比表面積
が０．０５ｍ2 ／ｇ以下となり、大気雰囲気中で切断破
砕を行っても、切断破砕後の酸素量が低位に抑制され
る。
ジチタン材を経済的に製造する。 【解決手段】 真空分離工程における真空分離時間ｔ
を、真空分離開始から反応容器内の材料の中心部温度が
安定温度に到達するまでの時間をｔｏ時間として、ｔ＝
ｔｏ＋１５〜＋３５時間とする。材料中の金属元素量の
少ない中心近傍部分において、ＢＥＴ法による比表面積
が０．０５ｍ2 ／ｇ以下となり、大気雰囲気中で切断破
砕を行っても、切断破砕後の酸素量が低位に抑制され
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、スパッタリング用
ターゲット材の素材に適した高純度スポンジチタン材及
びその製造方法に関する。
ターゲット材の素材に適した高純度スポンジチタン材及
びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】金属チタンの工業的な製造方法として、
クロール法により製造されたスポンジチタン材を切断破
砕した後、ブリケットに固め、これを溶解・鋳造する方
法が多用されている。クロール法は、反応容器内で溶融
Ｍｇと四塩化チタンを反応させる還元工程と、還元後、
その反応容器内を真空状態として加熱することにより、
容器内の材料に含まれる未反応Ｍｇ及び残留副生物を蒸
発させて除去する真空分離工程とからなる。
クロール法により製造されたスポンジチタン材を切断破
砕した後、ブリケットに固め、これを溶解・鋳造する方
法が多用されている。クロール法は、反応容器内で溶融
Ｍｇと四塩化チタンを反応させる還元工程と、還元後、
その反応容器内を真空状態として加熱することにより、
容器内の材料に含まれる未反応Ｍｇ及び残留副生物を蒸
発させて除去する真空分離工程とからなる。
【０００３】一方、金属チタンの新しい用途として、Ｌ
ＳＩ等の半導体素子における配線材料がある。この配線
は、高純度の金属チタンをターゲット材としてスパッタ
リングを行うことにより形成される。このスパッタリン
グ用ターゲット材には、不純物の少ないことが要求さ
れ、その素材であるスポンジチタン材には、酸素含有量
については２００ｐｐｍ以下、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ
及びＳｉの各金属元素の含有量については１０ｐｐｍ以
下が求められている。
ＳＩ等の半導体素子における配線材料がある。この配線
は、高純度の金属チタンをターゲット材としてスパッタ
リングを行うことにより形成される。このスパッタリン
グ用ターゲット材には、不純物の少ないことが要求さ
れ、その素材であるスポンジチタン材には、酸素含有量
については２００ｐｐｍ以下、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ
及びＳｉの各金属元素の含有量については１０ｐｐｍ以
下が求められている。
【０００４】しかしながら、クロール法は、生産性を優
先させた方法であるため、スパッタリング用ターゲット
材に要求されるような不純物レベルを確保することが容
易でない。そこで、次のような方法が提案されている。
一つは、真空分離後、反応容器内に得られたスポンジチ
タン材の上部、下部及び外周部を除いた中心近傍部分を
製品化する中心採りの方法であり（特許第２８６３４６
９号公報）、いま一つは、その反応容器から取り出した
スポンジチタン材を低湿度の雰囲気中で切断破砕する低
湿破砕の方法である（特許第２９２１７９０号公報）。
先させた方法であるため、スパッタリング用ターゲット
材に要求されるような不純物レベルを確保することが容
易でない。そこで、次のような方法が提案されている。
一つは、真空分離後、反応容器内に得られたスポンジチ
タン材の上部、下部及び外周部を除いた中心近傍部分を
製品化する中心採りの方法であり（特許第２８６３４６
９号公報）、いま一つは、その反応容器から取り出した
スポンジチタン材を低湿度の雰囲気中で切断破砕する低
湿破砕の方法である（特許第２９２１７９０号公報）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
中心採りの方法では、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ及びＳｉ
の各金属元素については、スパッタリング用ターゲット
材に要求されるレベルを確保できることができるが、酸
素については、そのレベルを確保することが難しい。こ
れに対し、後者の低湿破砕の方法では、酸素について
は、スパッタリング用ターゲット材に要求されるレベル
を確保できることができるが、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ
及びＳｉの各金属元素については、そのレベルを確保す
ることが難しい。
中心採りの方法では、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ及びＳｉ
の各金属元素については、スパッタリング用ターゲット
材に要求されるレベルを確保できることができるが、酸
素については、そのレベルを確保することが難しい。こ
れに対し、後者の低湿破砕の方法では、酸素について
は、スパッタリング用ターゲット材に要求されるレベル
を確保できることができるが、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ
及びＳｉの各金属元素については、そのレベルを確保す
ることが難しい。
【０００６】従って、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ及びＳｉ
の各金属元素、並びに酸素の両方について、スパッタリ
ング用ターゲット材に要求されるレベルを確保するため
には、前者の中心採りの方法と後者の低湿破砕の方法を
組み合わせることが必要になる。しかしながら、現実的
な問題として、前者の中心採りの方法は実施が容易であ
るが、後者の低湿破砕の方法の場合は、実際にスパッタ
リング用ターゲット材に要求される酸素レベルを安定的
に確保しようとすると、内部を低湿度に保持した非常に
大きな隔絶された作業空間が必要になり、その空間の構
築及び雰囲気保持に多大の経費が必要となので、現実的
な方法とは言えない。
の各金属元素、並びに酸素の両方について、スパッタリ
ング用ターゲット材に要求されるレベルを確保するため
には、前者の中心採りの方法と後者の低湿破砕の方法を
組み合わせることが必要になる。しかしながら、現実的
な問題として、前者の中心採りの方法は実施が容易であ
るが、後者の低湿破砕の方法の場合は、実際にスパッタ
リング用ターゲット材に要求される酸素レベルを安定的
に確保しようとすると、内部を低湿度に保持した非常に
大きな隔絶された作業空間が必要になり、その空間の構
築及び雰囲気保持に多大の経費が必要となので、現実的
な方法とは言えない。
【０００７】本発明の目的は、酸素量及び金属元素量の
両方が少なく、しかも経済性に優れた高純度スポンジチ
タン材及びその製造方法を提供することにある。
両方が少なく、しかも経済性に優れた高純度スポンジチ
タン材及びその製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明者らはクロール法により製造されたスポンジ
チタン材のサンプル採取位置と酸素量の関係に着目し
た。
に、本発明者らはクロール法により製造されたスポンジ
チタン材のサンプル採取位置と酸素量の関係に着目し
た。
【０００９】図１は真空分離工程における反応容器内の
スポンジチタン材の縦断面図である。反応容器２０は加
熱炉３０内に収容される。反応容器２０内のスポンジチ
タン材１０は、先の還元工程で反応容器２０内のロスト
ル２１上及び反応容器２０の側壁部内面にチタンの析出
を生じることから、中段部がくびれた形状になってい
る。
スポンジチタン材の縦断面図である。反応容器２０は加
熱炉３０内に収容される。反応容器２０内のスポンジチ
タン材１０は、先の還元工程で反応容器２０内のロスト
ル２１上及び反応容器２０の側壁部内面にチタンの析出
を生じることから、中段部がくびれた形状になってい
る。
【００１０】真空分離工程後のスポンジチタン材１０に
おいて、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ及びＳｉの各金属元素
は、上面、下面及び外周面から離れた部分ほど含有量が
少なくなる。これは、各金属元素の含有が主に反応容器
２０からの汚染によるためである。このため、スポンジ
チタン材１０の上部、下部及び外周部を除去し、残った
中心近傍部分１１を採取することにより、金属元素につ
いては、スパッタリング用ターゲット材に要求されるレ
ベルを比較的簡単に確保できる。
おいて、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ及びＳｉの各金属元素
は、上面、下面及び外周面から離れた部分ほど含有量が
少なくなる。これは、各金属元素の含有が主に反応容器
２０からの汚染によるためである。このため、スポンジ
チタン材１０の上部、下部及び外周部を除去し、残った
中心近傍部分１１を採取することにより、金属元素につ
いては、スパッタリング用ターゲット材に要求されるレ
ベルを比較的簡単に確保できる。
【００１１】ところが、酸素量、特に切断破砕後の酸素
量については、意外にもスポンジチタン材１０の表層部
で少なくなる。例えば、スポンジチタン材１０の中心位
置おいて最上部Ａから１／２部Ｃに至る部分の、切断破
砕後の酸素量分布を調査すると、１／２部Ｃに近づくほ
ど酸素量が増大する。例えば最上部Ａから得たチタン粒
の酸素量が２５０ｐｐｍの場合、１／４部Ｂでは３００
ｐｐｍ程度になり、１／２部Ｃでは３５０ｐｐｍ程度に
なる。この傾向のため、スポンジチタン材１０の中心近
傍部分１１を採取しても、切断破砕後の酸素量はスパッ
タリング用ターゲット材に要求されるレベルを確保する
のが困難になる。
量については、意外にもスポンジチタン材１０の表層部
で少なくなる。例えば、スポンジチタン材１０の中心位
置おいて最上部Ａから１／２部Ｃに至る部分の、切断破
砕後の酸素量分布を調査すると、１／２部Ｃに近づくほ
ど酸素量が増大する。例えば最上部Ａから得たチタン粒
の酸素量が２５０ｐｐｍの場合、１／４部Ｂでは３００
ｐｐｍ程度になり、１／２部Ｃでは３５０ｐｐｍ程度に
なる。この傾向のため、スポンジチタン材１０の中心近
傍部分１１を採取しても、切断破砕後の酸素量はスパッ
タリング用ターゲット材に要求されるレベルを確保する
のが困難になる。
【００１２】本発明者らは、スポンジチタン材１０の表
層部で酸素量が少なくなる原因を、物性及び製法の両面
から調査した。その結果、次の事実が判明した。
層部で酸素量が少なくなる原因を、物性及び製法の両面
から調査した。その結果、次の事実が判明した。
【００１３】図２は真空分離工程におけるスポンジチタ
ン材の温度変化を、中心位置の最上部Ａ、１／４部Ｂ、
１／２部Ｃについて示したものである。いずれの部分の
温度も、傾向としては真空分離開始から一時的に低下し
た後、上昇に転じ、炉温に近い安定温度に達する。これ
は、真空分離開始と共に残留Ｍｇの蒸発が始まり、その
気化熱により温度が一時的に低下するが、残留Ｍｇが少
なくなることにより温度の上昇が始まり、蒸発が完了す
ることにより炉温に近いレベルに温度が安定することに
よる。
ン材の温度変化を、中心位置の最上部Ａ、１／４部Ｂ、
１／２部Ｃについて示したものである。いずれの部分の
温度も、傾向としては真空分離開始から一時的に低下し
た後、上昇に転じ、炉温に近い安定温度に達する。これ
は、真空分離開始と共に残留Ｍｇの蒸発が始まり、その
気化熱により温度が一時的に低下するが、残留Ｍｇが少
なくなることにより温度の上昇が始まり、蒸発が完了す
ることにより炉温に近いレベルに温度が安定することに
よる。
【００１４】この傾向は最上部Ａ、１／４部Ｂ、１／２
部Ｃのいずれにおいても共通するが、最低温度は最上部
Ａ、１／４部Ｂ、１／２部Ｃの順に低く、真空分離開始
から上昇に転じ始めるまでの時間、安定温度に達するま
での時間は、最上部Ａ、１／４部Ｂ、１／２部Ｃの順に
長くなる。これはスポンジチタン材の中心に近い部分ほ
ど残留Ｍｇが抜けにくいためであり、その残留Ｍｇが最
も抜けにくい中心部、即ち１／２部Ｃの残留Ｍｇが除去
され、この部分の温度Ｔｃが安定温度Ｔｏに達した時点
が真空分離の終了時とされる。なお、安定温度が最上部
Ａ、１／４部Ｂ、１／２部Ｃの順に低いのは反応容器の
開口部側（上方）への放熱が顕著なことによる。
部Ｃのいずれにおいても共通するが、最低温度は最上部
Ａ、１／４部Ｂ、１／２部Ｃの順に低く、真空分離開始
から上昇に転じ始めるまでの時間、安定温度に達するま
での時間は、最上部Ａ、１／４部Ｂ、１／２部Ｃの順に
長くなる。これはスポンジチタン材の中心に近い部分ほ
ど残留Ｍｇが抜けにくいためであり、その残留Ｍｇが最
も抜けにくい中心部、即ち１／２部Ｃの残留Ｍｇが除去
され、この部分の温度Ｔｃが安定温度Ｔｏに達した時点
が真空分離の終了時とされる。なお、安定温度が最上部
Ａ、１／４部Ｂ、１／２部Ｃの順に低いのは反応容器の
開口部側（上方）への放熱が顕著なことによる。
【００１５】このようなプロセスで真空分離が行われる
結果、スポンジチタン材の中心から遠い表層部分は、Ｍ
ｇの蒸発が終了した後も長い時間、加熱が継続され、い
わゆる空焚きの状態となる。本発明者は、このＭｇが蒸
発した後の加熱時間が、切断破砕後の酸素量に関係する
考え、各種の調査を行ったところ、スポンジチタン材の
中心から遠い部分ほど、この空焚き状態の加熱中に焼結
が進んで比表面積が小さくなること、比表面積が小さい
部分ほど切断破砕工程での酸化による酸素量の増大が抑
制されること、その結果、１／２部Ｃ、１／４部Ｂ、最
上部Ａの順に切断破砕後の酸素量が少なくなること、１
／２部ＣのＭｇの蒸発が完了した後も加熱を継続するな
らば、この部分の焼結が進んで比表面積が小さくなり、
低酸素化が実現されることを知見した。
結果、スポンジチタン材の中心から遠い表層部分は、Ｍ
ｇの蒸発が終了した後も長い時間、加熱が継続され、い
わゆる空焚きの状態となる。本発明者は、このＭｇが蒸
発した後の加熱時間が、切断破砕後の酸素量に関係する
考え、各種の調査を行ったところ、スポンジチタン材の
中心から遠い部分ほど、この空焚き状態の加熱中に焼結
が進んで比表面積が小さくなること、比表面積が小さい
部分ほど切断破砕工程での酸化による酸素量の増大が抑
制されること、その結果、１／２部Ｃ、１／４部Ｂ、最
上部Ａの順に切断破砕後の酸素量が少なくなること、１
／２部ＣのＭｇの蒸発が完了した後も加熱を継続するな
らば、この部分の焼結が進んで比表面積が小さくなり、
低酸素化が実現されることを知見した。
【００１６】本発明はかかる知見を基礎として完成され
たものであり、その高純度スポンジチタン材は、クロー
ル法で製造されたスポンジチタン材であって、ＢＥＴ法
により測定された比表面積を０．０５ｍ2 ／ｇ以下と
し、且つＦｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ及びＳｉの各金属元素
含有量を１０ｐｐｍ以下としたものである。
たものであり、その高純度スポンジチタン材は、クロー
ル法で製造されたスポンジチタン材であって、ＢＥＴ法
により測定された比表面積を０．０５ｍ2 ／ｇ以下と
し、且つＦｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ及びＳｉの各金属元素
含有量を１０ｐｐｍ以下としたものである。
【００１７】ＢＥＴ法による比表面積を０．０５ｍ2 ／
ｇ以下に制限することにより、通常の大気雰囲気中で切
断破砕を行っても、そのチタン粒の酸素含有量が３００
ｐｐｍ以下に抑制される。好ましくは０．０４ｍ2 ／ｇ
以下、更に好ましくは０．０３ｍ2 ／ｇ以下であり、こ
れにより酸素含有量がより低減される。好ましい切断破
砕後の酸素含有量は２００ｐｐｍ以下であり、更に好ま
しくは１００ｐｐｍ以下である。比表面積の下限につい
ては、酸素量低減の点からは低いほどよいが、余りに比
表面積が小さいと切断破砕が困難になるので、０．０１
ｍ2 ／ｇ以上が好ましい。
ｇ以下に制限することにより、通常の大気雰囲気中で切
断破砕を行っても、そのチタン粒の酸素含有量が３００
ｐｐｍ以下に抑制される。好ましくは０．０４ｍ2 ／ｇ
以下、更に好ましくは０．０３ｍ2 ／ｇ以下であり、こ
れにより酸素含有量がより低減される。好ましい切断破
砕後の酸素含有量は２００ｐｐｍ以下であり、更に好ま
しくは１００ｐｐｍ以下である。比表面積の下限につい
ては、酸素量低減の点からは低いほどよいが、余りに比
表面積が小さいと切断破砕が困難になるので、０．０１
ｍ2 ／ｇ以上が好ましい。
【００１８】Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ及びＳｉの各金属
元素含有量を１０ｐｐｍ以下に制限したのは、スポンジ
チタン材の上部、下部及び外周部を排除するためであ
る。これらの表層部分、例えば図１に示す最上部Ａは、
従来からも空焚き状態の加熱を受けて、ＢＥＴ法による
比表面積が小さくなっている。但し、この部分は各金属
元素含有量が１０ｐｐｍが超える。特に好ましい各金属
元素の含有量は７ｐｐｍ以下である。
元素含有量を１０ｐｐｍ以下に制限したのは、スポンジ
チタン材の上部、下部及び外周部を排除するためであ
る。これらの表層部分、例えば図１に示す最上部Ａは、
従来からも空焚き状態の加熱を受けて、ＢＥＴ法による
比表面積が小さくなっている。但し、この部分は各金属
元素含有量が１０ｐｐｍが超える。特に好ましい各金属
元素の含有量は７ｐｐｍ以下である。
【００１９】また、本発明の高純度スポンジチタン材の
製造方法は、クロール法によりスポンジチタン材を製造
する際に、真空分離工程における真空分離時間ｔを、真
空分離開始から反応容器内の材料の中心部温度Ｔｃが炉
温近傍の安定温度Ｔｏに到達までの時間をｔｏ時間とし
て、ｔ＝ｔｏ＋（１５〜３５）時間に設定し、真空分離
終了後、反応容器内の材料の上部、下部及び外周部を除
く中心近傍部分を製品化するものである。
製造方法は、クロール法によりスポンジチタン材を製造
する際に、真空分離工程における真空分離時間ｔを、真
空分離開始から反応容器内の材料の中心部温度Ｔｃが炉
温近傍の安定温度Ｔｏに到達までの時間をｔｏ時間とし
て、ｔ＝ｔｏ＋（１５〜３５）時間に設定し、真空分離
終了後、反応容器内の材料の上部、下部及び外周部を除
く中心近傍部分を製品化するものである。
【００２０】真空分離時間ｔを（ｔｏ＋１５）時間以上
とすることにより、反応容器内の材料の上部、下部及び
外周部を除く中心近傍部分の比表面積が小さくなり、切
断破砕後の低酸素化が実現される。そして、反応容器内
の材料の上部、下部及び外周部を除く中心近傍部分を製
品化することより、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ及びＳｉの
各金属元素についても、含有量が低位に抑制される。
とすることにより、反応容器内の材料の上部、下部及び
外周部を除く中心近傍部分の比表面積が小さくなり、切
断破砕後の低酸素化が実現される。そして、反応容器内
の材料の上部、下部及び外周部を除く中心近傍部分を製
品化することより、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ及びＳｉの
各金属元素についても、含有量が低位に抑制される。
【００２１】真空分離時間ｔが（ｔｏ＋３５）時間を超
えると、比表面積が小さくなりすぎ、切断破砕が困難に
なる。また、熱経済性が必要以上に悪化する。特に好ま
しい真空分離時間ｔは、下限については（ｔｏ＋２０）
時間以上であり、上限については（ｔｏ＋３０）時間以
下である。
えると、比表面積が小さくなりすぎ、切断破砕が困難に
なる。また、熱経済性が必要以上に悪化する。特に好ま
しい真空分離時間ｔは、下限については（ｔｏ＋２０）
時間以上であり、上限については（ｔｏ＋３０）時間以
下である。
【００２２】なお、実際の操業では、スポンジチタン材
の中心部温度を実測しない。操業設備毎に試験操業や温
度解析で得た温度変化データから、中心部温度が安定温
度に到達までの時間を求め、この時間を基準にして真空
分離工程における加熱時間を設定する。
の中心部温度を実測しない。操業設備毎に試験操業や温
度解析で得た温度変化データから、中心部温度が安定温
度に到達までの時間を求め、この時間を基準にして真空
分離工程における加熱時間を設定する。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を説明す
る。
る。
【００２４】反応容器内でＭｇを溶融し、四塩化チタン
液を滴下することにより、スポンジチタン材を製造す
る。この還元工程が終わると、真空分離工程に移行す
る。真空分離工程では、反応容器内を真空状態にすると
共に、加熱炉により所定温度に加熱することにより、未
反応Ｍｇ及び副生物を除去する。
液を滴下することにより、スポンジチタン材を製造す
る。この還元工程が終わると、真空分離工程に移行す
る。真空分離工程では、反応容器内を真空状態にすると
共に、加熱炉により所定温度に加熱することにより、未
反応Ｍｇ及び副生物を除去する。
【００２５】この真空分離工程を図２の操業例について
詳細に説明する。反応容器内のスポンジチタン材の最上
部Ａの温度Ｔａは、真空分離開始当初は若干下がるが、
直ちに上昇に転じ、真空分離開始から約２０〜３０時間
で安定温度に達する。これに対し、中心部（１／２部
Ｃ）の温度Ｔｃは真空分離開始から約３０時間下がり続
け、その後、上昇に転じて真空分離開始から７０時間後
に安定温度Ｔｏに達する。
詳細に説明する。反応容器内のスポンジチタン材の最上
部Ａの温度Ｔａは、真空分離開始当初は若干下がるが、
直ちに上昇に転じ、真空分離開始から約２０〜３０時間
で安定温度に達する。これに対し、中心部（１／２部
Ｃ）の温度Ｔｃは真空分離開始から約３０時間下がり続
け、その後、上昇に転じて真空分離開始から７０時間後
に安定温度Ｔｏに達する。
【００２６】従来は、中心部温度Ｔｃが安定温度Ｔｏに
達する約７０時間をもって真空分離を終了しており、こ
の時間を短縮する試みはありこそすれ、これをわざわざ
延長するようなことは考えられていなかった。その結
果、金属元素量の少ない中心近傍部分において、Ｍｇ蒸
発後の空焚き状態での加熱が行われず、焼結が進行しな
いため、比表面積が十分に低減しない。このため、真空
分離後、中心近傍部分を採取しても、大気雰囲気中の切
断破砕では酸化による酸素量の増大が顕著になり、スパ
ッタリング用ターゲット材に要求されるレベルの低酸素
化を実現することは困難であった。
達する約７０時間をもって真空分離を終了しており、こ
の時間を短縮する試みはありこそすれ、これをわざわざ
延長するようなことは考えられていなかった。その結
果、金属元素量の少ない中心近傍部分において、Ｍｇ蒸
発後の空焚き状態での加熱が行われず、焼結が進行しな
いため、比表面積が十分に低減しない。このため、真空
分離後、中心近傍部分を採取しても、大気雰囲気中の切
断破砕では酸化による酸素量の増大が顕著になり、スパ
ッタリング用ターゲット材に要求されるレベルの低酸素
化を実現することは困難であった。
【００２７】そこで、本実施形態では、中心部温度Ｔｃ
が安定温度Ｔｏに達した後、更に１５〜３５時間、好ま
しくは２０〜３０時間、加熱を継続する。これにより、
金属元素量の少ない中心近傍部分においても、焼結の進
行により、ＢＥＴ法による比表面積が０．０５ｍ2 ／ｇ
以下に低減される。その結果、真空分離後に中心近傍部
分を採取することにより、切断破砕工程での酸化による
酸素量の増大が抑制され、酸素量及び金属元素量の両方
について、スパッタリング用ターゲット材に要求される
不純物レベルの実現が可能になる。
が安定温度Ｔｏに達した後、更に１５〜３５時間、好ま
しくは２０〜３０時間、加熱を継続する。これにより、
金属元素量の少ない中心近傍部分においても、焼結の進
行により、ＢＥＴ法による比表面積が０．０５ｍ2 ／ｇ
以下に低減される。その結果、真空分離後に中心近傍部
分を採取することにより、切断破砕工程での酸化による
酸素量の増大が抑制され、酸素量及び金属元素量の両方
について、スパッタリング用ターゲット材に要求される
不純物レベルの実現が可能になる。
【００２８】真空分離後の中心近傍部分の採取では、図
１に示すように、スポンジチタン材１０の塊高をＨ、塊
径をＤとして、上面からの厚さｈ１が０．１Ｈ以上の上
部、下面からの厚さｈ２が０．２５Ｈ以上の下部、及び
外周面からの厚さｄが０．１８Ｄ以上の外周部を切断除
去し、その残りで、且つスポンジチタン材１０の塊重量
の３０％未満の中心近傍部分１１を採取する。
１に示すように、スポンジチタン材１０の塊高をＨ、塊
径をＤとして、上面からの厚さｈ１が０．１Ｈ以上の上
部、下面からの厚さｈ２が０．２５Ｈ以上の下部、及び
外周面からの厚さｄが０．１８Ｄ以上の外周部を切断除
去し、その残りで、且つスポンジチタン材１０の塊重量
の３０％未満の中心近傍部分１１を採取する。
【００２９】採取された中心近傍部分１１に対しては、
通常に大気雰囲気中で切断破砕を行い、所定粒径のスポ
ンジチタン粒とする。通常に大気雰囲気中で切断破砕を
行うにもかかわらず、酸素量は３００ｐｐｍ以下に抑制
され、且つＦｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ及びＳｉの各金属元
素量も１０ｐｐｍ以下に抑制される。破砕後の粒径は平
均で１０〜３００ｍｍが好ましい。
通常に大気雰囲気中で切断破砕を行い、所定粒径のスポ
ンジチタン粒とする。通常に大気雰囲気中で切断破砕を
行うにもかかわらず、酸素量は３００ｐｐｍ以下に抑制
され、且つＦｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ及びＳｉの各金属元
素量も１０ｐｐｍ以下に抑制される。破砕後の粒径は平
均で１０〜３００ｍｍが好ましい。
【００３０】真空分離工程における好ましい真空分離時
間を調査した結果を図３に示す。好ましい真空分離時間
は、図３中の斜線で示された領域である。
間を調査した結果を図３に示す。好ましい真空分離時間
は、図３中の斜線で示された領域である。
【００３１】真空分離時間は、反応容器の直径（レトル
ト径）の影響を受け、この直径が大きくなるほど長時間
となる。実線で示す従来の真空分離時間に対し＋１５時
間〜＋３５時間が本発明おける真空分離時間である。＋
１５時間以上で中心近傍部分のＢＥＴ法による比表面積
が０．０５ｍ2 ／ｇ以下になり、切断破砕後の酸素量が
３００ｐｐｍ以下になる。また、＋２０時間以上で中心
近傍部分のＢＥＴ法による比表面積が０．０３ｍ2 ／ｇ
以下になり、切断破砕後の酸素量が２００ｐｐｍ以下に
なる。ＢＥＴ法による比表面積が０．０１ｍ2 ／ｇ未満
の場合は、切断破砕が困難になる。
ト径）の影響を受け、この直径が大きくなるほど長時間
となる。実線で示す従来の真空分離時間に対し＋１５時
間〜＋３５時間が本発明おける真空分離時間である。＋
１５時間以上で中心近傍部分のＢＥＴ法による比表面積
が０．０５ｍ2 ／ｇ以下になり、切断破砕後の酸素量が
３００ｐｐｍ以下になる。また、＋２０時間以上で中心
近傍部分のＢＥＴ法による比表面積が０．０３ｍ2 ／ｇ
以下になり、切断破砕後の酸素量が２００ｐｐｍ以下に
なる。ＢＥＴ法による比表面積が０．０１ｍ2 ／ｇ未満
の場合は、切断破砕が困難になる。
【００３２】反応容器の直径（レトルト径）について
は、１３５０〜２０００ｍｍが好ましい。１３５０ｍｍ
未満の場合は中心採りを行っても金属不純物が増大する
傾向となる。２０００ｍｍを超える場合は反応容器の熱
変形などの設備上の問題が生じるおそれがある。
は、１３５０〜２０００ｍｍが好ましい。１３５０ｍｍ
未満の場合は中心採りを行っても金属不純物が増大する
傾向となる。２０００ｍｍを超える場合は反応容器の熱
変形などの設備上の問題が生じるおそれがある。
【００３３】ちなみに、図２に示した温度変化は反応容
器の直径（レトルト径）が１７００ｍｍの場合であり、
従来の真空分離時間は７０時間、この場合の本発明おけ
る真空分離時間は８５〜１０５時間であり、９０〜１０
０時間が特に好ましい。
器の直径（レトルト径）が１７００ｍｍの場合であり、
従来の真空分離時間は７０時間、この場合の本発明おけ
る真空分離時間は８５〜１０５時間であり、９０〜１０
０時間が特に好ましい。
【００３４】反応容器の直径（レトルト径）が１７００
ｍｍの場合にスポンジチタン材の中心部から採取したサ
ンプルの顕微鏡写真を、真空分離時間が７０時間の場合
と９５時間の場合について、図４（ａ）（ｂ）に同じ倍
率で示す。
ｍｍの場合にスポンジチタン材の中心部から採取したサ
ンプルの顕微鏡写真を、真空分離時間が７０時間の場合
と９５時間の場合について、図４（ａ）（ｂ）に同じ倍
率で示す。
【００３５】ＢＥＴ法による比表面積は、真空分離時間
が７０時間の場合０．１ｍ2 ／ｇであるのに対し、真空
分離時間が９５時間の場合は０．０３ｍ2 ／ｇとなる。
この違いは図４（ａ）（ｂ）からも明らかである。この
比表面積の相違の結果、大気雰囲気中で平均粒径６５ｍ
ｍに切断破砕した段階での酸素量は、真空分離時間が７
０時間の場合２８０ｐｐｍ、真空分離時間が９５時間の
場合は１９０ｐｐｍになった。また、金属元素量につい
ては、いずれの場合もＦｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ及びＳｉ
の各金属元素含有量が１０ｐｐｍ以下であった。
が７０時間の場合０．１ｍ2 ／ｇであるのに対し、真空
分離時間が９５時間の場合は０．０３ｍ2 ／ｇとなる。
この違いは図４（ａ）（ｂ）からも明らかである。この
比表面積の相違の結果、大気雰囲気中で平均粒径６５ｍ
ｍに切断破砕した段階での酸素量は、真空分離時間が７
０時間の場合２８０ｐｐｍ、真空分離時間が９５時間の
場合は１９０ｐｐｍになった。また、金属元素量につい
ては、いずれの場合もＦｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ及びＳｉ
の各金属元素含有量が１０ｐｐｍ以下であった。
【００３６】なお、図３中の斜線で示された領域を数式
で表現すると次のとおりである。 分離分離時間＝（０．０６９８×〔レトルト径〕−２
４）±１０
で表現すると次のとおりである。 分離分離時間＝（０．０６９８×〔レトルト径〕−２
４）±１０
【００３７】ＢＥＴ法とは、液体窒素の吸収量から比表
面積を計算する方法であり、吸着剤などでは広く一般に
用いられている。
面積を計算する方法であり、吸着剤などでは広く一般に
用いられている。
【００３８】
【発明の効果】以上に説明したとおり、本発明の高純度
スポンジチタン材は、ＢＥＴ法による比表面積を０．０
５ｍ2 ／ｇ以下に制限することにより、大気雰囲気中で
切断破砕を行っても酸素量を低位に抑制でき、中心採り
による金属不純物の低減とあいまって、スパッタリング
用ターゲット材に要求される不純物レベルを経済的に確
保できる。
スポンジチタン材は、ＢＥＴ法による比表面積を０．０
５ｍ2 ／ｇ以下に制限することにより、大気雰囲気中で
切断破砕を行っても酸素量を低位に抑制でき、中心採り
による金属不純物の低減とあいまって、スパッタリング
用ターゲット材に要求される不純物レベルを経済的に確
保できる。
【００３９】また、本発明の高純度スポンジチタン材の
製造方法は、真空分離工程における真空分離時間ｔを、
真空分離開始から反応容器内の材料の中心部温度Ｔｃが
炉温近傍の安定温度Ｔｏに到達までの時間をｔｏ時間と
してｔ＝ｔｏ＋（１５〜３５）時間に設定することによ
り、ＢＥＴ法による比表面積を０．０５ｍ2 ／ｇ以下に
簡単に制限でき、これによる酸素量の低減と、中心採り
による金属不純物の低減とにより、スパッタリング用タ
ーゲット材に要求される不純物レベルを経済的に確保で
きる。
製造方法は、真空分離工程における真空分離時間ｔを、
真空分離開始から反応容器内の材料の中心部温度Ｔｃが
炉温近傍の安定温度Ｔｏに到達までの時間をｔｏ時間と
してｔ＝ｔｏ＋（１５〜３５）時間に設定することによ
り、ＢＥＴ法による比表面積を０．０５ｍ2 ／ｇ以下に
簡単に制限でき、これによる酸素量の低減と、中心採り
による金属不純物の低減とにより、スパッタリング用タ
ーゲット材に要求される不純物レベルを経済的に確保で
きる。
【図１】真空分離工程における反応容器内のスポンジチ
タン材の縦断面図である。
タン材の縦断面図である。
【図２】真空分離工程におけるスポンジチタン材の経時
的な温度変化を、中心位置の最上部Ａ、１／４部Ｂ、１
／２部Ｃについて示したグラフである。
的な温度変化を、中心位置の最上部Ａ、１／４部Ｂ、１
／２部Ｃについて示したグラフである。
【図３】真空分離工程における好ましい真空分離時間
を、反応容器の直径（レトルト径）をパラメータとして
示したグラフである。
を、反応容器の直径（レトルト径）をパラメータとして
示したグラフである。
【図４】真空分離時間が異なる２種類のスポンジチタン
材の中心部から採取したサンプルの顕微鏡写真である。
材の中心部から採取したサンプルの顕微鏡写真である。
１０ スポンジチタン材 １１ 中心近傍部分 ２０ 反応容器 ３０ 加熱炉
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１３年１０月１０日（２００１．１０．
１０）
１０）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１１】ところが、酸素量、特に切断破砕後の酸素
量については、意外にもスポンジチタン材１０の表層部
で少なくなる。例えば、スポンジチタン材１０の中心位
置において最上部Ａから１／２部Ｃに至る部分の、切断
破砕後の酸素量分布を調査すると、１／２部Ｃに近づく
ほど酸素量が増大する。例えば最上部Ａから得たチタン
粒の酸素量が２５０ｐｐｍの場合、１／４部Ｂでは３０
０ｐｐｍ程度になり、１／２部Ｃでは３５０ｐｐｍ程度
になる。この傾向のため、スポンジチタン材１０の中心
近傍部分１１を採取しても、切断破砕後の酸素量はスパ
ッタリング用ターゲット材に要求されるレベルを確保す
るのが困難になる。
量については、意外にもスポンジチタン材１０の表層部
で少なくなる。例えば、スポンジチタン材１０の中心位
置において最上部Ａから１／２部Ｃに至る部分の、切断
破砕後の酸素量分布を調査すると、１／２部Ｃに近づく
ほど酸素量が増大する。例えば最上部Ａから得たチタン
粒の酸素量が２５０ｐｐｍの場合、１／４部Ｂでは３０
０ｐｐｍ程度になり、１／２部Ｃでは３５０ｐｐｍ程度
になる。この傾向のため、スポンジチタン材１０の中心
近傍部分１１を採取しても、切断破砕後の酸素量はスパ
ッタリング用ターゲット材に要求されるレベルを確保す
るのが困難になる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３６】なお、図３中の斜線で示された領域を数式
で表現すると次のとおりである。真空 分離時間＝（０．０６９８×〔レトルト径〕−２
４）±１０
で表現すると次のとおりである。真空 分離時間＝（０．０６９８×〔レトルト径〕−２
４）±１０
Claims (2)
- 【請求項１】 クロール法で製造されたスポンジチタン
材であって、ＢＥＴ法により測定された比表面積が０．
０５ｍ2 ／ｇ以下であり、且つＦｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ
及びＳｉの各金属元素含有量が１０ｐｐｍ以下である高
純度スポンジチタン材 - 【請求項２】 クロール法によりスポンジチタン材を製
造する際に、真空分離工程における真空分離時間ｔを、
真空分離開始から反応容器内の材料の中心部温度Ｔｃが
炉温近傍の安定温度Ｔｏに到達までの時間をｔｏ時間と
してｔ＝ｔｏ＋（１５〜３５）時間に設定し、真空分離
終了後、反応容器内の材料の上部、下部及び外周部を除
く中心近傍部分を製品化することを特徴とする高純度ス
ポンジチタン材の製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000238487A JP3756047B2 (ja) | 2000-08-07 | 2000-08-07 | 高純度スポンジチタン材及びその製造方法 |
| PCT/JP2002/001118 WO2003066914A1 (fr) | 2000-08-07 | 2002-02-08 | Titane spongieux a purete elevee et son procede de production |
| CNB028274539A CN100487144C (zh) | 2000-08-07 | 2002-02-08 | 高纯度海绵钛材料及其制造方法 |
| EA200401055A EA006077B1 (ru) | 2000-08-07 | 2002-02-08 | Губчатый титановый материал высокой чистоты и способ его изготовления |
| AU2002232157A AU2002232157A1 (en) | 2000-08-07 | 2002-02-08 | High-purity spongy titanium material and its production method |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000238487A JP3756047B2 (ja) | 2000-08-07 | 2000-08-07 | 高純度スポンジチタン材及びその製造方法 |
| PCT/JP2002/001118 WO2003066914A1 (fr) | 2000-08-07 | 2002-02-08 | Titane spongieux a purete elevee et son procede de production |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002053922A true JP2002053922A (ja) | 2002-02-19 |
| JP3756047B2 JP3756047B2 (ja) | 2006-03-15 |
Family
ID=29272093
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000238487A Expired - Lifetime JP3756047B2 (ja) | 2000-08-07 | 2000-08-07 | 高純度スポンジチタン材及びその製造方法 |
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| WO (1) | WO2003066914A1 (ja) |
Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| WO2003066914A1 (fr) * | 2000-08-07 | 2003-08-14 | Sumitomo Titanium Corporation | Titane spongieux a purete elevee et son procede de production |
| JP2006347820A (ja) * | 2005-06-16 | 2006-12-28 | Ntn Corp | 誘電体セラミックスおよびその製造方法 |
| CN113718104A (zh) * | 2021-08-31 | 2021-11-30 | 新星轻合金材料(洛阳)有限公司 | 一种低氧高钛铁合金制备工艺 |
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| CN100383266C (zh) * | 2006-08-11 | 2008-04-23 | 遵义钛业股份有限公司 | 一种镁法生产海绵钛的四氯化钛雾化方法 |
| LV13528B (en) * | 2006-09-25 | 2007-03-20 | Ervins Blumbergs | Method and apparatus for continuous producing of metallic tifanium and titanium-bases alloys |
| CN101948961B (zh) * | 2010-10-08 | 2011-11-30 | 洛阳双瑞万基钛业有限公司 | 一种用于制取海绵钛的反应器排氯化镁管制作方法 |
| CN102534261B (zh) * | 2012-01-18 | 2013-04-10 | 深圳市新星轻合金材料股份有限公司 | 一种制备海绵钛的工艺方法 |
| JP6924120B2 (ja) * | 2017-11-02 | 2021-08-25 | 東邦チタニウム株式会社 | スポンジチタンの製造方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6160839A (ja) * | 1984-08-29 | 1986-03-28 | Hiroshi Ishizuka | 耐火金属の精製法 |
| JP2915779B2 (ja) * | 1994-03-24 | 1999-07-05 | 株式会社住友シチックス尼崎 | 薄膜形成用高純度チタン材の製造方法 |
| JP2001262246A (ja) * | 2000-03-17 | 2001-09-26 | Toho Titanium Co Ltd | スポンジチタンの製造方法 |
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| JP3756047B2 (ja) * | 2000-08-07 | 2006-03-15 | 住友チタニウム株式会社 | 高純度スポンジチタン材及びその製造方法 |
-
2000
- 2000-08-07 JP JP2000238487A patent/JP3756047B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
2002
- 2002-02-08 CN CNB028274539A patent/CN100487144C/zh not_active Expired - Lifetime
- 2002-02-08 AU AU2002232157A patent/AU2002232157A1/en not_active Abandoned
- 2002-02-08 WO PCT/JP2002/001118 patent/WO2003066914A1/ja active Application Filing
- 2002-02-08 EA EA200401055A patent/EA006077B1/ru not_active IP Right Cessation
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