JP2002530534A

JP2002530534A - 高純度タンタルおよびそれを含む、スパッタターゲットのような製品

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Publication number: JP2002530534A
Application number: JP2000584117A
Authority: JP
Inventors: エー．マイケルーク，クリストファー; ディー．ジュニアマグワイアー，ジェームズ; エヌ．カウチャック，マーク; イー．ジュニアハーバー，ルイス
Original assignee: Cabot Corp
Current assignee: Cabot Corp
Priority date: 1998-11-25
Filing date: 1999-11-24
Publication date: 2002-09-17
Anticipated expiration: 2019-11-24
Also published as: WO2000031310A1; EP1496130A1; ATE279542T1; CN100480405C; KR20010080585A; EP1137820A1; ID29867A; RU2233899C2; US7431782B2; MXPA01005264A; EP1137820B1; BR9915674A; JP4652574B2; CN101407881B; AU764689B2; DE69921181D1; JP2011190537A; CN1333838A; AU1920400A; JP2007084931A

Abstract

(57)【要約】高純度の金属タンタルおよびそれを含む合金が記載されている。金属タンタルは好ましくは少くとも９９．９９５％、そしてもっと好ましくは少くとも９９．９９９％の純度を有する。加えて、約５０μｍ以下の粒径、もしくは厚みの５％増分内の（１００）強度がランダムな１５より小さい集合組織、もしくは約−４．０より大きい（１１１）：（１００）強度の増分対数比、またはこれらの組合わせを有する金属タンタルもしくはその合金が記載されている。さらにスパッタターゲット、キャパシタ容器、抵抗性膜層、ワイア等を含むが、これらに限定されない、金属タンタルからつくられる物品および部品について記載されている。さらに、高純度金属の製造方法が開示されており、タンタルを含有する塩を、この塩を還元してタンタル粉末および第２の塩とすることのできる少くとも１つの化合物と反応容器中で反応させる工程を含む。反応容器もしくは反応容器の内張り、ならびに撹拌機もしくは撹拌機の外張りは溶融タンタルの蒸気圧以上の蒸気圧を有する金属材料でつくられている。高純度タンタルは微細で均一なミクロ構造を有するのが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】発明の背景本発明は金属、特にタンタル、およびタンタルから製造される製品ならびにタ
ンタルを製造し、処理する方法に関する。

【０００２】産業において、種々の理由により、もっと高純度の金属を生成する要求がいつ
もある。タンタルに関して、もっと高純度の金属が、スパッタターゲットとして
のタンタルの使用およびキャパシタのような電気部品での使用のためにとくに望
まれている。このように金属における不純物はタンタルから形成される物品の性
質に望ましくない影響を有しうる。

【０００３】タンタルが処理されるとき、タンタルは鉱石から得られ、ついで破砕され、タ
ンタルは酸溶液の使用、ならびにニオブおよび他の不純物を含有する酸溶液から
タンタルを含有する酸溶液を密度による分離、により破砕鉱石から分離される。
ついでタンタルを含有する酸溶液は塩に結晶化され、このタンタル含有塩は、つ
いで、ニッケル合金材料（タングステンもしくはモリブデンがニッケル合金の一
部となっている）で通常構成された攪拌機を有する容器中で純粋なナトリウムと
反応される。容器は内部表面が純ニッケルで二重壁となっているのが通常である
。しかしながら、このような処理の間、タンタル粉末は、タングステンおよび／
またはモリブデン含有表面のような、それが接触する種々の表面により汚染され
る。多くの混入物は非常に溶解性の耐火金属（たとえばＮｂ，ＭｏおよびＷ）を
除けば次の溶融の間に蒸発されうる。これらの不純物は、除去するのがきわめて
困難もしくは不可能でありうるので、非常に高純度のタンタル製造を妨げている
。

【０００４】したがって、上述の処理の間に生じる汚染を実質的に回避する、もっと高純度
のタンタル製品を得る要求がある。さらにもっと高純度で、微細粒径および／ま
たは均一な集合組織（texture）を有するタンタル製品を得る要求がある。微細
粒径のような品質は、タンタルから製造されるスパッタターゲットのために重要
な特性でありうる。なぜなら微細粒径はスパッタ堆積膜の厚さの均一性を改良さ
せ得るからである。さらに、微細粒径を有するタンタルを含有する他の製品は改
良された変形均一性、絞り加工性（drawability）および伸張性(stretchability
)の向上をもたらし得、これらはキャパシタ容器、実験用るつぼ、を製造するの
に有利であり、そして爆発的に形成されるぺネトレータ（explosively formed p
enetrators）(ＥＦＰ)の致命性(lethality)を増加するのに有利である。タンタ
ルを含有する製品における均一な集合組織はスパッタ効率（たとえばより大きな
スパッタ速度）を増加し得、そしてプリフォーム生成物における正常な異方性（
たとえば増加した絞り加工性）を増加させ得る。

【０００５】発明の要約本発明の１つの特徴は微細な粒構造および／または均一な集合組織を示す高純
度タンタル製品を提供することである。

【０００６】本発明のもう１つの特徴は、高純度タンタルを含む物品、製品および／または
部品を提供することである。

【０００７】本発明のさらなる特徴は、高純度タンタル製品の製造方法ならびに高純度タン
タルを含有する物品、製品および／または部品を提供することである。

【０００８】本発明のさらなる特徴および利点は、以下の説明で部分的に明らかになるであ
ろうし、部分的に説明から明白で、または本発明の実施により知られうる。本発
明の目的および他の利点は、説明および特許請求の範囲で特に指摘された構成お
よび組合わせにより理解され、達成される。

【０００９】これら、および他の利点を達成するために、そして本発明の目的に従って、こ
こに具体化され、広く説明されるように、本発明は少なくとも９９．９９５％、
もっと好ましくは少なくとも９９．９９９％の純度を有する金属タンタルに関す
る。金属タンタルは好ましくは微細粒構造および／または均一な集合組織を有す
る。

【００１０】さらに本発明はタンタルを含有する合金もしくは混合物に関し、合金もしくは
混合物中に存在するタンタルは少なくとも９９．９９５％、そしてもっと好まし
くは９９．９９９％の純度を有する。さらに合金もしくは混合物（たとえば、少
なくともタンタルが合金もしくは混合物中に存在する）は、微細粒構造および／
または均一な集合組織を有するのが好適である。

【００１１】さらに本発明は、たとえばスパッタターゲットとしての使用に適切な高純度タ
ンタルに関し、約１５０μｍ以下の平均粒径を有する十分に再結晶された粒径を
有し、および／または実質的にタンタルの厚さのいたるところで、好適には金属
タンタルの全厚みのいたるところで主な（１１１）型の集合組織を有し、および
／またはタンタルの厚さ内で強い（１００）集合組織バンドを有さない。

【００１２】さらに本発明は、タンタルを平形に鍛造加工し、圧延スラブに機械加工し、圧
延スラブをアニ―ルし、板もしくはシートに圧延し、ついで板もしくはシートを
アニ―ルすることにより上述のタンタルから板もしくはシートを製造することに
関する。

【００１３】本発明は、上述のタンタルおよび／または合金からなるスパッタターゲットに
も関する。スパッタターゲットも、ラジアルな鍛造加工、つづく円形処理により
ビレットもしくはスラブを形成させ、ついで鍛造加工し、圧延してディスクを作
製し、さらに機械加工し、アニ―ルすることにより製造されうる。

【００１４】さらに本発明は、上述のタンタルおよび／または合金からなる抵抗性膜（resi
stive film）およびキャパシタに関する。

【００１５】本発明は、さらに少なくとも部分的に上述のタンタルおよび／または合金から
なる物品、部品もしくは製品に関する。

【００１６】また、本発明は、上述のタンタルの製造方法に関し、タンタル含有塩を反応容
器もしくはポットならびに攪拌機中で純ナトリウムもしくは他の適した塩と反応
させることを含み、それらの反応器等はタンタルの融点でタンタルの蒸気圧以上
の蒸気圧を有する金属もしくはその合金でつくられるか、またはそれからなる内
張り／外張りを有する。

【００１７】さらに本発明はタンタル粉末を１０^-2Ｔｏｒｒ以上の高真空で溶融することに
より処理することに関する。溶融物への圧力はタンタルに存在する不純物の蒸気
圧よりも低い。好ましくはタンタル粉末の溶融は電子ビーム溶融により行なわれ
る。

【００１８】前述の概括的説明および次の詳細な説明は典型的、説明的にすぎず、特許請求
の範囲に記載されるような本発明のさらなる説明を提供しようとするものである
ことが理解されるべきである。

【００１９】発明の詳細な説明本発明は少なくとも９９．９９５％の純度を有する金属タンタルに関する。好
適には、金属タンタルは少なくとも９９．９９９％の純度を有し、約９９．９９
５％から約９９．９９９％以上の純度に及びうる。他の範囲は約９９．９９８％
から約９９．９９９％、および約９９．９９９％から約９９．９９９２％、およ
び約９９．９９９％から約９９．９９９５％を含む。さらに本発明は、合金の１
成分として高純度タンタルを含有するタンタルにもとづく合金もしくは他の合金
のような、高純度金属タンタルからなる金属合金に関する。

【００２０】高純度金属タンタルに存在しうる不純物は０．００５％以下であり、ニオブ、
モリブデンおよびタングステンのような、タンタルに無限の溶解性を有する、他
の体心立方（ｂｃｃ）耐火金属（refractory metals）からなるのが通常である
。

【００２１】金属タンタルを含有する金属タンタルもしくはその合金は、好ましくは、スパ
ッタのような特定の最終用途に有利である集合組織（texture）を有する。すな
わち、金属タンタルもしくはその合金が表面を有するスパッタターゲットに形成
され、ついでスパッタされると、本発明の金属タンタルの集合組織は、容易にス
パッタされるスパッタターゲットをもたらし、スパッタターゲットは、スパッタ
に抵抗する領域が、あるとしてもほとんどない。さらに、本発明の金属タンタル
の集合組織により、スパッタターゲットは非常に均一なスパッタ浸食（erosion
）をもたらし、したがって、そのうえに均一なスパッタ膜をもたらす。いかなる
純度の、好ましくは少なくとも約９９．９９５％であるが、タンタルも、約１５
０μｍ以下の粒径を有するのが好ましい。好適には、金属タンタルは少なくとも
部分的に再結晶化され、もっと好ましくは少なくとも約８０％の金属タンタルが
結晶化され、さらにもっと好ましくは少なくとも約９８％の金属タンタルが再結
晶化される。最も好ましくは、金属タンタルは完全に再結晶化される。

【００２２】さらに、金属タンタルは微細な集合組織を有するのが好適である。もっと好適
には、集合組織は、タンタルの厚さ増分５％以内で（１００）ピーク強度がラン
ダムな約１５（about 15 random）より小さく、および／または約−４．０より
大きい（すなわち−４．０、−３．０、−２．０、−１．５、−１．０等を意味
する）同一増分以内で（１１１）：（１００）中心ピーク強度の自然対数（Ｌｎ
）比を有し、またはその（１００）中心強度および比の両方を有する。中心ピー
ク強度は好ましくはランダムな約０からランダムな約１０であり、もっと好まし
くはランダムな約０からランダムな約５である。他の（１００）中心強度の範囲
は、ランダムな約１からランダムな約１０そしてランダムな約１からランダムな
約５を含むが、これらに限定されない。さらに、（１１１）：（１００）中心ピ
ーク強度の対数比は約−４．０から約１５であり、もっと好ましくは約−１．５
から約７．０である。対数比の他の適した範囲は約−４．０から約１０、そして
約−３．０から約５．０であるが、これらに限定されない。最も好適には、金属
タンタルは少なくとも約９９．９９５％の望ましい純度、好適な粒径、ならびに
（１００）増分および中心強度増分の（１１１）：（１００）比について好適な
集合組織を有する。集合組織を特徴づけるための使用されうる方法および装置は
、ＡｄａｍｓらのＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅＦｏｒｕｍＶｏｌ
．１５７〜１６２（１９９４），３１−４２頁；ＡｄａｍｓらのＭｅｔａｌｌ
ｕｒｇｉｃａｌＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓＡ．Ｖｏｌ．２４Ａ（１９９３年
４月）Ｎｏ．４、８１９〜８３１頁；ＷｒｉｇｈｔらのＩｎｔｅｒｎａｔｉｏ
ｎａｌＡｃａｄｅｍｉｃＰｕｂｌｉｓｈｅｒｓ（１３７Ｃｈａｏｎｅｉ
Ｄａｊｉｅ，北京、１９９６）（ＴｅｘｔｕｒｅｓｏｆＭａｔｅｒｉａｌ：
ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＥｌｅｖｅｎｔｈＩｎｔｅｒｎａｔ
ｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＴｅｘｔｕｒｅｓｏｆＭａｔｅ
ｒｉａｌｓ）；ＷｒｉｇｈｔのＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒ−Ａｓ
ｓｉｓｔｅｄＭｉｃｒｏｓｃｏｐｙ，Ｖｏｌ．５，Ｎｏ．３（１９９３）に記
載されており、すべてはここに引用により丸ごと組入れられる。

【００２３】本発明の高純度金属タンタルは、多くの領域で使用されうる。たとえば高純度
金属タンタルは、スパッタターゲットに、または高純度金属からなる化学エネル
ギー（ＣＥ）弾薬の弾頭ライナー（munitions warhead liner ）に製造され得る
。さらに高純度金属はキャパシタのアノードもしくは抵抗性幕層に使用され、形
成されうる。本発明の金属タンタルは従来のタンタルが用いられているあらゆる
物品もしくは部品に使用され得、従来のタンタルを含む種々の製品もしくは部品
を製造する方法および手段が高純度金属タンタルを種々の物品もしくは部品に組
入れる際にここで同様に使用されうる。たとえば、受板（backing plate）のよ
うに、スパッタターゲットを製造するのに使用される次の処理は、米国特許第５
，７５３，０９０、５，６８７，６００および５，５２２，５３５号明細書に記
載されているが、ここでも使用され得、これらの特許は引用により丸ごとここに
組入れられる。

【００２４】本発明の高純度金属タンタルを製造するのに用いられうる方法は、精製工程、
真空溶融工程、および熱的機械的工程を含むのが通常である。この工程もしくは
操作において、精製工程はタンタルを含有する鉱石から望ましくは粉末の形態で
金属タンタルを抽出する工程を含み、好適には選択されたタンタル含有鉱石は低
い量の不純物、とくに低い量のニオブ、モリブデンおよびタングステンを有する
。もっと好適には、ニオブ、モリブデンおよびタングステンの量は約１０ｐｐｍ
未満、最も好適には約８ｐｐｍ未満である。このような選択は、もっと純粋な金
属タンタルをもたらす。精製工程の後、真空溶融工程が、タンタルからアルキド
および遷移金属のような低融点不純物を除去するのに用いられ、一方、タンタル
材料は十分に密で、可鍛性インゴットに固化される。ついで、この工程後に、熱
的機械的工程が使用され得、それはタンタルの冷間作用およびアニ―ルの組合せ
を含み得、所望ならば、好適な粒径および／または好適な集合組織および均一性
が達成されることをさらに確実にする。

【００２５】高純度金属タンタルは、タンタルを含有する塩を、この塩を金属タンタルに還
元しうる少なくとも１つの試薬（たとえば化合物もしくは元素）と反応せること
により製造され得、さらに反応容器中に第２の塩を生成させる。反応容器は金属
の反応に通常使用されるいかなる容器であってもよいが、約８００℃〜約１２０
０℃オーダーの高温に耐えるべきである。本発明の目的のために、タンタル含有
塩、ならびに塩をタンタルに還元しうる試薬と接触する反応容器もしくは反応容
器の内張りはタンタルの融点でタンタルの蒸気圧以上の蒸気圧を有する材料でつ
くられている。反応容器の攪拌機は同一の材料でつくられるか、またはなお外張
りされうる。内／外張りは塩およびタンタルと接触する反応容器および攪拌機の
部分のみ存在しうる。内／外張りもしくは反応容器を形成する、このような金属
材料の例は、ニッケル、クロム、鉄、マンガン、チタン、ジルコニウム、ハフニ
ウム、バナジウム、ルテニウム、コバルト、ロジウム、パラジウム、白金、もし
くはそれらの組合わせ、または合金材料が金属タンタルの融点以上の蒸気圧を有
するかぎり、それらの合金、からつくられた金属にもとづく材料を含むが、これ
らに限定されない。好ましくは、金属はニッケルもしくはニッケルにもとづく合
金、クロムもしくはクロムにもとづく合金、または鉄もしくは鉄にもとづく合金
である。反応容器および／または攪拌機の内／外張りは、存在するとすると、約
０．５〜約３ｃｍの厚さを有するのが通常である。他の厚さも使用されうる。上
述の同一もしくは異なる金属材料でつくられる内／外張りの多数層を有すること
も本発明の範囲内である。

【００２６】タンタル含有塩は、フッ化カリウムタンタル（potassium-fluoride tantalum
）のように、その中にタンタルを含有しうる、いかなる塩であってもよい。反応
容器中で塩をタンタルおよび第２の塩に還元しうる試薬については、この還元を
行ないうる試薬は、タンタル含有塩をまさにタンタル金属と、たとえば塩を水も
しくは他の水性源に溶解することにより金属タンタルから分離されうる他の成分
（たとえば、塩）とに還元することのできるものであればいかなる試薬であって
もよい。他の例は、リチウム、マグネシウム、カルシウム、カリウム、炭素、一
酸化炭素、イオン性水素等を含むがこれらに限定されない。通常、タンタル含有
塩の還元の間に生成される第２の塩はフッ化ナトリウムである。現在の用途から
みて、本発明に適用される還元処理の詳細は、Ｋｉｒｋ−ＯｔｈｍｅｒのＥｎ
ｃｙｃｌｏｐｅｄｉａｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，３版
、Ｖｏｌ．２２，５４１〜５６４頁、米国特許第２，９５０，１８５；３，８２
９，３１０；４，１４９，８７６；および３，７６７，４５６号明細書に記載さ
れている。タンタル処理のさらなる詳細は米国特許第５，２３４，４９１；５，
２４２，４８１；および４，６８４，３９９号明細書に見出しうる。これらの特
許および出版物のすべてはここで引用により丸ごと組入れられる。

【００２７】上述の方法は、タンタル含有鉱石のような低純度タンタルから始めうる多段プ
ロセスに含まれうる。タンタルとともに実質的に存在しうる不純物の１つはニオ
ブである。この段階で他の不純物はタングステン、ケイ素、カルシウム、鉄、マ
ンガン等である。もっと詳細には、低純度タンタルは、タンタルおよび不純物を
有する低純度タンタルを酸溶液と混合することにより精製されうる。もし鉱石と
して存在すれば、低純度タンタルは、酸溶液と一緒にされる前にまず破砕される
べきである。酸溶液は、特に混合が高温で生じるときには、実質的にすべてのタ
ンタルおよび不純物を溶解することができるべきである。

【００２８】いったん酸溶液が、タンタルおよび不純物を含有する固体を、すべてとは言わ
なくても実質的に溶解するのに十分な時間が経過したら、固液分離を行なうこと
ができ、いかなる未溶解不純物も除去されるのが通常である。さらに液―液抽出
により精製される。メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）がタンタルに富む溶液
と接触させるのに用いられ、脱イオン水がタンタル画分を創出するために添加さ
れうる。この点で、タンタルを含有する液体中に存在するニオブの量は通常約２
５ｐｐｍ未満である。

【００２９】ついで、少なくともタンタルを含有する液体については、液体はおけ（vats）
を使用して塩に結晶化される。通常、この塩はフッ化カリウムタンタル塩である
。もっと好適には、この塩はＫ₂ＴａＦ₇である。ついでこの塩は塩を１）タンタ
ルおよび２）上述の第２の塩に還元しうる試薬と反応される。この化合物は純ナ
トリウムであるのが通常であり、反応は上述の反応容器中で行なわれる。上述の
ように、第２の塩の副生物は水性源中で塩を溶解し、その溶解塩を洗い去ること
によりタンタルから分離されうる。この段階で、タンタルの純度はＴａ９９．５
０〜９９．９９％であるのが通常である。

【００３０】いったんタンタル粉末がこの反応から抽出されると、反応容器からの汚染を含
む残存不純物はタンタル粉末の溶融により除去されうる。

【００３１】タンタル粉末は、真空アーク再溶融、もしくは電子ビーム溶融のような数多く
の方法で溶融されうる。通常、溶融時の真空は、高純度タンタルを得るために、
回収タンタルから存在する不純物を実質的に除去するのに十分である。好ましく
は、溶融は約１．３×１０^-2Ｐａ（１０^-4Ｔｏｒｒ）以上のような高真空で生じ
る。好ましくは、溶融タンタルへの圧力は、ニッケルおよび鉄のようなこれらの
不純物が蒸発されるように金属不純物の蒸気圧よりも低い。鋳造インゴットの径
はできるかぎり大きくあるべきであり、好ましくは約２４．１ｃｍ（９．５イン
チ）より大きい。大きい径は精製速度を高める真空界面に比較的大きい溶融表面
を確保させる。加えて大きいインゴット径は比較的大量の冷間作用が処理中の金
属に与えられ、最終製品の特性を改良する。いったん溶融タンタルの大部分が固
化すると、形成されるインゴットは９９．９９５％以上、そして好ましくは９９
．９９９％以上の純度を有する。電子ビーム処理は２０，０００〜２８，０００
ボルトおよび１５〜４０Ａを用いて、約１．３×１０^-1から約１．３×１０^-4Ｐ
ａ（約１×１０^-3〜約１×１０^-6Ｔｏｒｒ）の真空下で、約１３５〜約３６０kg
／時間（約３００〜約８００ポンド／時間）の溶融速度で行なわれる。もっと好
ましくは溶融速度は約１８０〜約２７０kg／時間（約４００〜約６００ポンド／
時間であり、２４，０００〜２６，０００ボルトおよび１７〜３６Ａを用い、そ
して約１．３×１０^-2〜１．３×１０^-3Ｐａ（１×１０^-4〜１０^-5Ｔｏｒｒ）の
真空下である。ＶＡＲ処理に関して、溶融速度は好ましくは２２５〜９００kg／
時間（５００〜２０００ポンド／時間）であり、２．７〜１．３×１０^-2Ｐａ（
２×１０^-2〜１０^-4Ｔｏｒｒ）の真空下で２５〜４５ボルトおよび１２０００〜
２２０００Ａを用い、もっと好ましくは３０〜３６ボルト，１６０００〜１８０
００Ａで、２．７〜１．３×１０^-2Ｐａ（２×１０^-2〜１×１０^-4Ｔｏｒｒ）の
真空下で３６０〜５４０kg／時間（８００〜１２００ポンド／時間）である。

【００３２】高純度タンタルインゴットは、ついで熱機械的に処理されて高純度タンタルを
含有する製品を製造する。微細な、好ましくは完全に再結晶化された、粒構造お
よび／または均一な集合組織が冷間および／または温間作用およびインプロセス
アニ―ルの組合わせにより製品に付与される。高純度タンタル製品は好ましくは
、配向イメージング顕微鏡（ＯＩＭ）もしくは他の許容しうる手段により測定さ
れた厚さにわたって混合もしくは１次の（１１１）の均一な集合組織を示す。熱
機械的処理に関して、インゴットは圧延および／または鍛造加工処理に供され得
、高純度を有する微細な、均一なミクロ構造が得られうる。高純度タンタルは、
優れた微細粒径および／または均一な分布を有する。好ましくは高純度タンタル
は約１５０μｍ以下、もっと好ましくは約１００μｍ以下、そしてさらにもっと
好ましくは約５０μｍ以下の平均再結晶粒径を有する。適切な平均粒径の範囲は
約２５〜約１５０μｍ、約３０〜約１２５μｍそして約３０〜約１００μｍを含
む。

【００３３】本発明の得られる高純度金属は１０ｐｐｍ以下の金属不純物、好ましくは５０
ｐｐｍ以下のＯ２，２５ｐｐｍ以下のＮ２および２５ｐｐｍ以下の炭素を有する
のが好適である。約９９．９９５％の純度レベルが望まれると、得られる高純
度金属は約５０ｐｐｍ以下、好ましくは５０ｐｐｍ以下のＯ２，２５ｐｐｍ以下
のＮ２，そして２５ｐｐｍ以下の炭素を有するのが好適である。

【００３４】インゴットを獲得し、スパッタターゲットを形成することに関して、次の方法
が使用されうる。１つの態様において、高純度金属タンタルから製造されるスパ
ッタターゲットはタンタル金属の表面を機械的もしくは化学的に清浄化すること
により製造され得、そこでは金属タンタルは下記のようなつづく処理工程を可能
にするのに十分な開始断面領域を有する。好適には金属タンタルは少なくとも２
４．１ｃｍ（９．５インチ）以上の断面領域を有する。次の工程は金属タンタル
を１つ以上の圧延スラブに平たい鍛造加工を含む。圧延スラブは、下記のように
この工程にすぐ続くアニ―ル工程後に、実質的に均一な再結晶化を達成するのに
十分な変形を有する。ついで圧延スラブは圧延スラブの少なくとも部分的な再結
晶化を達成するのに十分な真空および温度でアニ―ルされる。好適なアニ―ル温
度および時間は下記および実施例に記載される。ついで圧延スラブは少なくとも
１つの板を形成するために開始金属タンタル（たとえばタンタルインゴット）の
軸に垂直および平行の方向の両方に冷間および温間圧延に供される。ついで板は
フラテニング（たとえば水平圧延）に供される。ついで板は約１５０μｍ以下の
平均粒径および（１００）集合組織バンドを実質的に欠く集合組織を有するよう
に十分な温度で十分な時間、最終的にアニ―ルされる。好適には、（１００）集
合組織バンドは存在しない。ついで、板は機械的もしくは化学的に再度清浄化さ
れ、所望の寸法を有するスパッタターゲットに形成される。通常、平形鍛造加工
は、金属タンタルが大気〜約３７０℃の範囲の温度で空気中に少なくとも約４時
間置かれた後に行なわれる。さらに、好適には冷間圧延の前に、圧延スラブは金
属タンタルの少なくとも１部の再結晶化を達成するための温度（たとえば約９５
０℃〜約１５００℃）および時間（たとえば約０．５〜約８時間）でアニ―ルさ
れる。好適には、冷間圧延は大気温度での横圧延であり、温間圧延は約３７０℃
未満の温度である。

【００３５】タンタル板のアニ―ルに関して、好ましくはこのアニ―ルは金属タンタルの完
全な結晶化を達成するのに十分な温度および時間での真空アニ―ルである。この
用途における例は、この処理に関してさらに好適な詳細を説明する。

【００３６】金属タンタルを処理してスパッタターゲットにするもう１つの方法は、金属タ
ンタル（たとえばタンタルインゴット）の表面を機械的もしくは化学的に清浄化
することを含み、そこでは金属タンタルは上述のように次の処理を可能にするの
に十分な開始断面領域を有する。次の工程は金属タンタルを円形鍛造加工して少
なくとも１つのロッドにすることを含み、そこではロッドはこの工程の後にすぐ
に生じるアニ―ル工程後に、または冷間圧延の前のアニ―ル工程後に、実質的に
均一な再結晶化を達成するのに十分な変形を有する。ついでタンタルロッドはビ
レットに切断され、表面を機械的もしくは化学的に清浄化される。任意のアニ―
ル工程は、少なくとも部分的な再結晶化を達成するためにあとで行なわれる。さ
らにビレットは軸方向に鍛造加工されプリフォームになる。再度、任意のアニ―
ル工程が少なくとも部分的な再結晶化を達成するために後で行なわれうる。しか
し、任意のアニ―ル工程の少なくとも１つもしくは両方が行なわれる。ついでプ
リフォームは冷間圧延に供され、少なくとも１つの板になる。後で、板の表面は
任意に機械的もしくは化学的に清浄化されうる。ついで、最終アニ―ル工程は、
約１５０μｍ以下の平均粒径、および（１００）集合組織バンドが全くないわけ
ではなくとも実質的に（１００）集合組織バンドのない集合組織を生じさせる。
円形鍛造加工は、金属タンタルを約３７０℃以下の温度に供した後に行なうのが
通常である。もっと高温が使用されうるが、表面の酸化の増大をもたらす。好適
にはビレットの鍛造加工前に、ビレットはアニ―ルされる。さらに、冷間圧延の
前にプリフォームはアニ―ルされうる。通常、これらのアニ―ル温度は約９００
℃〜約１，２００℃である。さらにアニ―ルは金属タンタルの再結晶化を達成す
るのに十分な温度と時間での真空アニ―ルであるのが好適である。

【００３７】好適には高純度タンタルから製造されるスパッタターゲットは次の寸法を有す
る：厚さ約２ｍｍ〜約３．８ｃｍ（約０．０８０〜約１．５０インチ）、そして
表面積約４５〜約７９００ｃｍ²（約７．０〜約１２２５平方インチ）。

【００３８】高純度タンタルは、好適には、１次もしくは混合（１１１）集合組織、および
スパッタターゲットの厚さにわたって最小（１００）集合組織を有し、（１００
）集合組織バンドを十分に欠いている。

【００３９】本発明の金属タンタルは成分として、もしくは成分の１部として従来の金属タ
ンタルを使用するいかなる用途もしくは製品に使用されうる。たとえば、金属タ
ンタルは半導体等のような集積回路における要素もしくは要素の１部でありうる
。米国特許第５，９８７，６３５；５，９８７，５６０；５，９８６，９６１；
５，９８６，９６０；５，９８６，９４０；５，９８６，４９６；５，９８６，
４６９；５，９８６，４１０；５，９８６，３２０；５，９８６，２９９；５，
９８６，２９４；５，９８５，６９７；および５，９８２，２１８号明細書に記
載されている意匠は他の従来の意匠と同様に使用され得、これらの各特許は引用
により丸ごと、ここに組入れられる。金属タンタルは、デバイス上に要素もしく
は要素の１部を形成させるために金属を堆積するスパッタ法を通常使用するいか
なるデバイスにも存在しうる。

【００４０】本発明は次の実施例によりさらに明らかになるが、これらは本発明の全くの典
型を示すためである。

【００４１】実施例実施例１ナトリウム還元された市販グレードのタンタル粉末の数多くのサブロット（そ
れぞれ約９０〜３６０kg（約２００〜８００ポンド）の目方がある）が、電子ビ
ーム溶融用の９９．９９９％Ｔａ原料としての適合性を化学的に分析された。各
粉末ロットからの代表試料がグロー放電質量分析（ＧＤＭＳ）により分析された
：ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）およびタングステン（Ｗ）の合計不純物
含量８ppm 未満の粉末サブロットが溶融のために選ばれた。

【００４２】選ばれたＴａ粉末サブロットは、ついでＶ−コーンブレンダーで混合されて均
一な約１８００kg（４０００ポンド）のマスターロットが製造され、純度を確認
するために再びＧＤＭＳで分析された。ついで、粉末は冷間等方加圧（ＣＩＰ）
され、約１３．８cm（５．５インチ）〜約１６．３cm（６．５インチ）径で、公
称でそれぞれ約１３５kg（３００ポンド）の目方を有するグリーン丸太を得た。
加圧された丸太は、ついで約１．３×１０^-1〜１．３×１０^-3Pa（約１０^-3〜１
０^-5Torr）の真空レベルで、１４５０℃、２時間加熱することにより脱気された
。この操作において、丸太は炉の構成要素からの汚染を防止するためにタンタル
シートで覆われた。

【００４３】ついで、脱気された丸太は１２００KWのＥＢ炉に並べて供給され、約１．３×
１０^-1Pa（１０^-3Torr）未満の真空下で水冷された約２５cm（１０インチ）銅る
つぼに約１８００kg（４００ポンド）／時間の速度でドリップ溶融された。いっ
たん冷却されると、得られる最初の溶融インゴットは同一の炉内で、逆にされ、
つるされ、そして同一のＥＢ溶融パラメータを用いて再溶融された。２回目の溶
融をされたインゴットは、再び逆にされ３回目の再溶融されるが、約３６０kg（
８００ポンド）／時間の速度で約３０cm（１２インチ）るつぼに入れられた。

【００４４】試料はグロー放電質量分析（ＧＤＭＳ）による化学分析のために、得られるイ
ンゴットの側壁から採取された。結果はＴａインゴットが９９．９９９２％の純
度であることを確認した。

【００４５】実施例２フルオロタンタル酸カリウム（Potassium fluotantalate）（Ｋ₂Ｔ_aＦ₇）が得
られ、スパーク光源（spark source）質量分析によるとＫ₂Ｔ_aＦ₇は５ppm 以下
のニオブを示した。ＭｏおよびＷの含量も分光検出により分析され、含量はＭｏ５ppm 未満、Ｗ１００ppm 未満であった。特に、Ｋ₂Ｔ_aＦ₇はＮｂ２ppm
以下、Ｍｏ１ppm 未満、そしてＷ２ppm 以下の含量を有していた。各試料に
おいて、Ｎｂ，ＭｏおよびＷの合計記録量は５ppm 未満であった。それぞれ約９
９０kg（２２００ポンド）の４ロットが分析された。

【００４６】ロットの１つは、純ニッケル容器およびハステロイＸ撹拌機を用いるＫＤＥＬ
反応器に移された。ハステロイＸ撹拌機はＭｏ９％およびＷ０．６％を含有
していた。撹拌機のシャフトおよびパドルは、ついで反応にさらされる全表面を
被覆するために溶接を用いて、約１．５mm（１／１６インチ）のニッケルシート
で保護された。

【００４７】標準的なナトリウム還元法が下記の点を除いて使用された。ロットはタンタル
粉末を生成させるために純ナトリウムの存在下で撹拌機に付された。タンタル粉
末は、ついで水で洗浄され、酸処理、さらに水蒸気乾燥および１００メッシュふ
るいに供された。

【００４８】ついで各バッチからの試料はグロー放電質量分析にかけられた。下の２つの表
（表１および２）はＫ₂Ｔ_aＦ₇の開始分析および回収タンタルの最終分析であっ
た。

【００４９】

【表１】

【００５０】

【表２】

【００５１】上記の表に示されるように、インゴットへの電子ビーム溶融に適した高純度タ
ンタル粉末が得られ、９９．９９９％オーダーの純度が実施例１に示す処理によ
り得られる。

【００５２】実施例３２つの異なる処理方法が使用された。第１に、９９．９９８％純度のタンタル
インゴットが用いられ、３回の電子ビーム溶融に供され、公称約３０cm（１２イ
ンチ）径のインゴットを得た。インゴットは、約２８．８cm（１１．５インチ）
まできれいに機械加工され、ついで空気中で約２６０℃に４〜８時間加熱された
。ついでインゴットは平たく鍛造加工され、切断され、スラブ（４インチ×１０
インチ、長さ約２８〜３２インチ）に機械加工され、ついでＨＦ／ＨＮＯ₃／水
溶液で酸洗浄された。スラブは１０５０，１１５０および１３００℃で、５×１
０^-4Torrの真空下、２時間アニールされ、ついで０．５００および０．２５０イ
ンチ規格の板片に冷間圧延された。この冷間圧延は厚さ４インチ、幅１０インチ
、長さ３０インチのスラブを得、それをインゴット軸に垂直に、幅３１インチに
対してパスあたり０．２００インチで圧延することにより達成された。ついで板
はインゴット軸に平行に、厚さ０．６５０インチもしくは０．５００インチに対
してパスあたり０．１００インチで圧延された。両方の圧延は２−ハイブレーク
ダウン圧延ミルで行なわれた。各板はパスあたり０．５００インチの多数のパス
、ついでパスあたり０．０２５インチで、０．５００インチ板もしくは０．２５
０インチ板の仕上げ規格に適合するように最終的調整をされることにより４つの
高度仕上げ圧延ミルを用いて圧延された。板はついで９５０〜１１５０℃の温度
で仕上げアニールに供された。

【００５３】代替法は、鍛造加工される前に上述のようにインゴットを製造するために３回
の電子ビーム溶融に供された９９．９５％純度のＴａから始めた。インゴットは
ついでパスあたり面積が約２０％減少する多数のパスの後に４インチ径へのＧＦ
Ｍ回転鍛造加工を用いて円形鍛造加工された。この中間原料から４つのビレット
（３．７５インチφ×７インチ長さ）が機械加工され、そして２つのビレット（
ＡおよびＢと標識化された）が１０５０℃でアニールされたが、ビレットＣおよ
びＤはアニールしないままであった。ついで、ビレットはアプセット鍛造加工さ
れ、高さ２．５インチのプリフォームにされ、その後プリフォームＡおよびＣは
１０５０℃でアニールされた。ついでプリフォームはクロック圧延され約０．４
００インチの厚さにされ、約１４インチ径のディスクを得た。これはパスあたり
０．２００インチの多数パスを採用し、約０．５２５０インチ厚さとすることに
より達成された。ついでディスクはパスあたり０．１００インチの多数パスによ
り約０．５インチ厚さに圧延された。そしてディスクはパスあたり０．０５０イ
ンチ、０．０２５インチおよび０．０１５インチ減少する３つのパスで４つの高
度仕上げミルでクロック圧延され、約０．４００インチ厚さで、約１４インチ径
のディスクを得た。ディスクの１／４が４つのくさび形に切出され、９５０〜１
１００℃の温度で仕上げアニールされた。下記の表４はこの処理を要約する。

【００５４】冶金学的および集合組織分析が、板材の縦断面（最終圧延方向に平行な測定面
）について、ならびに鍛造加工および圧延されたディスクの半径方向断面（ディ
スクの半径に平行な測定面）について実施された。

【００５５】冶金学的分析粒径および集合組織が、圧延板ならびに鍛造加工および圧延されたディスクか
ら採取された試料の縦もしくは半径に沿って、それぞれ測定された。粒径はＡＳ
ＴＭＥ−１１２法を用いて測定された。平形および円形処理により得られた製品
についてのアニール検討からの結果は、それぞれ表３および４に示される。中間
アニール処理は最終製品の粒径に注目に値する影響を与えていなかった。さらに
、板について、０．５００および０．２５０インチ厚さのタンタルの最終粒径は
同等であった。材料の粒径に著しく影響がみられたのは最終アニール温度であっ
た：最終アニール温度が高ければ高いほど、得られる粒径は大きくなる。

【００５６】板において、ＡＳＴＭ６．５−７．０の粒径は１０００℃および９５０℃で
アニールされた製品からの試料で測定された。しかし、これらの各試料は表面も
しくはその近くで細長い、および／または未結晶化領域の形跡を示し、再結晶化
値は９８〜９９％と報告さたれ。１０５０，１１００および１１５０℃でアニー
ルされた板について、ＡＳＴＭ粒径は５．３〜３．７に及び、全試料は１００％
結晶化された。

【００５７】円形処理されたディスクについて、全試料は１００％再結晶化したことが報告
されたが、９５０℃でアニールされたディスクＣは例外であり、９９％再結晶化
された。ＡＳＴＭ７．１−７．２，６．１−６．８および５．９−５．９の粒
径は、９５０，１０００および１０５０℃でアニールされたディスク試料でそれ
ぞれ測定された。１１００℃でのアニールはＡＳＴＭ４．０−４．５の粒径を
示した。

【００５８】両方の処理について、これらの知見は５０μｍ以下の十分に再結晶した粒径は
約９５０〜約１０５０℃の好適な最終アニール温度で板圧延もしくはビレット鍛
造加工処理のいずれかを用いて達成しうることを示す。未結晶領域が板の表面領
域にのみ限られているならば、それらは機械加工により除去されうる。

【００５９】集合組織測定法：限られた数の試料（冶金学的結果にもとづき選定された）が
集合組織分析のために使用された。予め冶金学的分析のために調製された。取付
けられ研磨された試料が、集合組織測定の前に強酸を付与された後に集合組織試
料として使用された。配向イメージング顕微鏡（ＯＩＭ）は、多結晶性試料内の
個々の粒の配向を測定する独自の能力を有するので、集合組織分析の方法として
選ばれた。Ｘ線もしくは中性子回折のような確立された方法はタンタル材料の厚
み内に局在化した集合組織の変動を分析することができなかった。

【００６０】分析について、各集合組織試料は、その全厚みにわたって電子ビーム（ＳＥＭ
内）により増分的に走査された；各測定点で発生された後方散乱Ｋｉｋｕｃｈｉ
パターンは、ついで結晶配向を測定するためにコンピュータを用いて指数化され
た。各試料から、測定グリッド配列内での各データ点についての配向を含む生デ
ータファイルが創られた。これらのファイルは、次に粒配向マップをつくり、極
点図（Pole figure）および配向分布関数（ＯＤＦ）を計算するための入力デー
タとし役立った。

【００６１】慣例により、集合組織配向は試料−基準座標（normal coordinate）系に関し
て記述される。すなわち、極点図は「標準化」されているので、原点は板表面に
垂直（normal）であり、標準方向は、圧延（もしくは半径）方向である；同様に
ＯＤＦはつねに試料−基準座標系に関して定義される。（III）集合組織のよう
な用語は、（III）原子面が面の表面について平行（そして（III）極点は垂直に
配向される）に優先的に配向されていることを示す。分析において、結晶配向は
、試料の縦方向に関して測定された。したがって、配向データを縦方向から次の
集合組織分析の１部として試料−基準座標系に入れ替える必要があった。これら
の作業はコンピュータアルゴリズムの使用により実施された。

【００６２】粒配向マップ：反転極点図（inverse pole figures）の形態における集合組織
情報を表示する原理から派生して、配向マップは試料内のミクロ構造のイメージ
であり、そこでは個々の粒は、配向が測定されるディスクの板の垂直方向に関す
る結晶配向にもとづいて「色で符号化」されている。これらのイメージを得るた
めに、各粒の結晶軸（ＯＩＭにより集合組織試料の縦方向に沿って測定される）
が、結晶軸を試料の直角方向に並べるために、横方向のまわりに９０°傾斜され
た。配向マップは製品について厚さによる集合組織バンドもしくは勾配の存在を
明らかにするのに役立つ；タンタルにおいて、配向マップは光学顕微鏡により同
定される、大きく、細長い粒が低角度の粒界を有するいくつかの小さい粒から構
成されうることを示した。

【００６３】集合組織の結果の解析：ＯＩＭ走査は、各供給試料の厚さを伴った；０．５０
０インチ板試料について、別々の測定が板の頂部および底部に対して行なわれ、
別々に報告された。

【００６４】配向マップは試料厚さにより集合組織の均一性を定性的に特徴づけるために視
覚的に検査された。試料材料において集合組織勾配および集合組織バンドの定量
化しうる説明を得るために、測定されたＥＢＳＤデータは２０の部分集合（subs
et）に区分されたが、各々は試料の厚さにより５％の深さ増分を表した。各々の
増分データのセットに関して、ＯＤＦが最初に算出され、ついで（１００）およ
び（１１１）中心強度が他で報告された方法を用いて数値的に測定された。S.Ma
tthiesらのMaterials Science Forum, Vol. 157-162 (1994), 1647-1652頁およ
びS.MatthiesらのMaterials Science Forum, Vol. 157-162 (1994) 1641-1646頁
に記載されている装置および方法が使用され、そしてこれらの刊行物は引用によ
りここに丸ごと組入れられる。集合組織勾配は、ついで、（１００）および（１
１１）強度、ならびに（１００）：（１１１）の対数比をプロットすることによ
り、試料の深さの関数としてグラフで示された。これらの結果は図１Ａおよび１
１Ｂ〜図１１Ａおよび１１Ｂに示される。

【００６５】重い規格のタンタル板は最も均一な厚みによる集合組織を示した；集合組織バ
ンドを含む唯一の試料は１３００℃のスラブアニールおよび１０００℃の最終ア
ニールで処理された試料であった。加えて、０．５００インチ板材料も極点図お
よびＯＤＦ分析にもとづく比較的弱い（最もランダム）集合組織を有していた。
重い板と比べて、０．２５０インチシートは軽〜中程度の集合組織勾配および集
合組織バンドのいくつかの形跡を含んでいた。さらに、薄い規格の板はＯＤＦに
おけるもっと明確な（１１１）集合組織ならびに（１００）の増大した強度を示
した。

【００６６】集合組織の均一性およびバンドの点からの最大の変動性は、鍛造加工され圧延
されたディスクにみられた。冶金学的性質と異なり、鍛造加工され、圧延された
ディスクは中間アニールの使用により影響された。１つか２つの中間アニール処
理をされた、ディスクＡ，ＢおよびＣについて、集合組織勾配は無視しうる程度
から強い程度（処理パラメータに依存して）に及び、あれば少しバンドを伴った
。しかしながら、中間アニールなしにインゴットから最終ディスクまで加工され
たディスクＤについては、得られる製品はあまり望ましくない強い集合組織勾配
および鋭い集合組織バンドを含んでいた。同様に、アニールされていないビレッ
トから鍛造加工されたが、冷間圧延の前にアニールされた、ディスクＣも、９５
０℃で最終アニールされた試料において強い集合組織勾配およびバンドを示した
。試料Ｃについて、最終アニール温度を１１００℃に上昇させることは勾配を減
少させ、バンドを除去するように作用したが、（１００）集合組織成分の強度を
強化した。最終アニール温度を上昇させることからのこれらの効果は、他のディ
スク材料および重い規格の板の両方においても明らかであるが、比較的小さい程
度であった。

【００６７】ミクロ構造および集合組織観察から、次の結論がタンタルスパッタターゲット
の製造のための最適法に関してなされうる。

【００６８】・平形製品については、スラブアニール温度は１１５０℃を超えないのが好ま
しく（１０５０℃はもっと好適である）、最終アニール温度は好ましくは９５０
〜１０００℃、もっと好ましくは１０００℃に保持される。得られる製品は５０
μｍ未満の再結晶化された平均粒径、ランダムな１５未満の（１００）増分強度
ならびに−４．０未満の（１１１）：（１００）の対数比を有することが特徴づ
けられる。

【００６９】・円形処理については、ビレットは、プリフォームレベルで中間アニールを使
用しないで鍛造加工およびディスクへの圧延の前にアニールされるのが好適であ
る。最終アニール温度は好適には９５０〜１１００℃、もっと好適には１０５０
℃である。得られる製品は、５０μｍ未満の再結晶化された平均粒径、ランダム
な１５未満の（１００）増分強度、ならびに−４．０未満の（１１１）：（１０
０）の対数比を有することが特徴づけられる。

【００７０】

【表３】

【００７１】

【表４】

【００７２】

【表５】

【００７３】

【表６】

【００７４】

【表７】

【００７５】

【表８】

【００７６】

【表９】

【００７７】

【表１０】

【００７８】

【表１１】

【００７９】

【表１２】

【００８０】

【表１３】

【００８１】

【表１４】

【００８２】

【表１５】

【００８３】

【表１６】

【００８４】本発明の他の態様は、本明細書を考慮して、そしてここに開示された本発明の
実施から当業者に明らかであろう。本明細書および実施例は例証的なものであり
、発明の真の範囲および趣旨は請求範囲の記載に示される。

【図面の簡単な説明】

【図１Ａ】本発明の高純度タンタル板の集合組織勾配（増分厚さ対ランダム）に関するグ
ラフである。

【図１Ｂ】本発明の高純度タンタル板の対数比（１１１）：（１００）勾配（増分厚さ対
Ｌｎ（１１１／１００））に関するグラフである。

【図２Ａ】本発明の高純度タンタル板の集合組織勾配（増分厚さ対ランダム）に関するグ
ラフである。

【図２Ｂ】本発明の高純度タンタル板の対数比（１１１）：（１００）勾配（増分厚さ対
Ｌｎ（１１１／１００））に関するグラフである。

【図３Ａ】本発明の高純度タンタル板の集合組織勾配（増分厚さ対ランダム）に関するグ
ラフである。

【図３Ｂ】本発明の高純度タンタル板の対数比（１１１）：（１００）勾配（増分厚さ対
Ｌｎ（１１１／１００））に関するグラフである。

【図４Ａ】本発明の高純度タンタル板の集合組織勾配（増分厚さ対ランダム）に関するグ
ラフである。

【図４Ｂ】本発明の高純度タンタル板の対数比（１１１）：（１００）勾配（増分厚さ対
Ｌｎ（１１１／１００））に関するグラフである。

【図５Ａ】本発明の高純度タンタル板の集合組織勾配（増分厚さ対ランダム）に関するグ
ラフである。

【図５Ｂ】本発明の高純度タンタル板の対数比（１１１）：（１００）勾配（増分厚さ対
Ｌｎ（１１１／１００））に関するグラフである。

【図６Ａ】本発明の高純度タンタル板の集合組織勾配（増分厚さ対ランダム）に関するグ
ラフである。

【図６Ｂ】本発明の高純度タンタル板の対数比（１１１）：（１００）勾配（増分厚さ対
Ｌｎ（１１１／１００））に関するグラフである。

【図７Ａ】本発明の高純度タンタル板の集合組織勾配（増分厚さ対ランダム）に関するグ
ラフである。

【図７Ｂ】本発明の高純度タンタル板の対数比（１１１）：（１００）勾配（増分厚さ対
Ｌｎ（１１１／１００））に関するグラフである。

【図８Ａ】本発明の高純度タンタル板の集合組織勾配（増分厚さ対ランダム）に関するグ
ラフである。

【図８Ｂ】本発明の高純度タンタル板の対数比（１１１）：（１００）勾配（増分厚さ対
Ｌｎ（１１１／１００））に関するグラフである。

【図９Ａ】本発明の高純度タンタル板の集合組織勾配（増分厚さ対ランダム）に関するグ
ラフである。

【図９Ｂ】本発明の高純度タンタル板の対数比（１１１）：（１００）勾配（増分厚さ対
Ｌｎ（１１１／１００））に関するグラフである。

【図１０Ａ】本発明の高純度タンタル板の集合組織勾配（増分厚さ対ランダム）に関するグ
ラフである。

【図１０Ｂ】本発明の高純度タンタル板の対数比（１１１）：（１００）勾配（増分厚さ対
Ｌｎ（１１１／１００））に関するグラフである。

【図１１Ａ】本発明の高純度タンタル板の集合組織勾配（増分厚さ対ランダム）に関するグ
ラフである。

【図１１Ｂ】本発明の高純度タンタル板の対数比（１１１）：（１００）勾配（増分厚さ対
Ｌｎ（１１１／１００））に関するグラフである。

【手続補正書】

【提出日】平成１３年６月１９日（２００１．６．１９）

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１Ａ

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１Ａ】

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１Ｂ

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１Ｂ】

【手続補正４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２Ａ

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２Ａ】

【手続補正５】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２Ｂ

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２Ｂ】

【手続補正６】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３Ａ

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３Ａ】

【手続補正７】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３Ｂ

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３Ｂ】

【手続補正８】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４Ａ

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４Ａ】

【手続補正９】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４Ｂ

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４Ｂ】

【手続補正１０】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図５Ａ

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５Ａ】

【手続補正１１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図５Ｂ

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５Ｂ】

【手続補正１２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図６Ａ

【補正方法】変更

【補正内容】

【図６Ａ】

【手続補正１３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図６Ｂ

【補正方法】変更

【補正内容】

【図６Ｂ】

【手続補正１４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図７Ａ

【補正方法】変更

【補正内容】

【図７Ａ】

【手続補正１５】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図７Ｂ

【補正方法】変更

【補正内容】

【図７Ｂ】

【手続補正１６】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図８Ａ

【補正方法】変更

【補正内容】

【図８Ａ】

【手続補正１７】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図８Ｂ

【補正方法】変更

【補正内容】

【図８Ｂ】

【手続補正１８】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図９Ａ

【補正方法】変更

【補正内容】

【図９Ａ】

【手続補正１９】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図９Ｂ

【補正方法】変更

【補正内容】

【図９Ｂ】

【手続補正２０】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１０Ａ

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１０Ａ】

【手続補正２１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１０Ｂ

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１０Ｂ】

【手続補正２２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１１Ａ

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１１Ａ】

【手続補正２３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１１Ｂ

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１１Ｂ】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ２２Ｂ 9/22 Ｃ２２Ｃ 27/02 １０３Ｃ２２Ｃ 27/02 １０３Ｃ２２Ｆ 1/18 ＧＣ２２Ｆ 1/18 1/00 ６０４ // Ｃ２２Ｆ 1/00 ６０４６２３６２３６８２６８２６８３６８３６８５Ａ６８５６９１Ｂ６９１６９４Ｂ６９４Ｃ２２Ｂ 3/00 Ｔ (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者マグワイアー，ジェームズディー．ジュニアアメリカ合衆国，ペンシルベニア 19403，ノリスタウン，ウェイフィールドドライブ 1099 (72)発明者カウチャック，マークエヌ．アメリカ合衆国，ペンシルベニア 19460，フェニックスビル，ホーソーンレーン 160 (72)発明者ハーバー，ルイスイー．ジュニアアメリカ合衆国，ペンシルベニア 18104，アレンタウン，ウエストフェアビューストリート 2242 Ｆターム(参考） 4K001 AA25 CA01 DB02 DB17 EA02 FA10 FA13 HA06 4K017 AA03 BA07 CA07 DA01 EJ01 FB03 FB07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少くとも９９．９９５％の純度および約１５０μｍ以下の平
均粒度を有する金属タンタル。
【請求項２】該金属が十分に再結晶化される請求項１記載の金属タンタル
。
【請求項３】該金属が少なくとも部分的に再結晶化される請求項１記載の
金属タンタル。
【請求項４】該金属の約９８％以上が再結晶化される請求項１記載の金属
タンタル。
【請求項５】該金属の約８０％以上が再結晶化される請求項１記載の金属
タンタル。
【請求項６】該金属がａ）（１００）極点図がランダムな約１５より小さ
い中心ピーク強度を有する集合組織、ｂ）約−４．０より大きい（１１１）：（
１００）中心ピーク強度の対数比；またはｃ）両方、を有する請求項１記載の金
属タンタル。
【請求項７】該中心がピーク強度がランダムな約０からランダムな約１５
である請求項６記載の金属タンタル。
【請求項８】該中心ピーク強度がランダムな約０から約１０である請求項
６記載の金属タンタル。
【請求項９】該対数比が約−４．０から約１５である請求項６記載の金属
タンタル。
【請求項１０】該対数比が約−１．５から約７．０である請求項６記載の
金属タンタル。
【請求項１１】該中心ピーク強度がランダムな約０からランダムな約１５
であり、そして該対数比が約−４．０から約１５である請求項６記載の金属タン
タル。
【請求項１２】９９．９９５％から約９９．９９９％の純度を有する請求
項１記載の金属タンタル。
【請求項１３】請求項１記載の金属タンタルを含有してなる金属合金。
【請求項１４】請求項６記載の金属タンタルを含有してなる金属合金。
【請求項１５】請求項３記載の金属タンタルを含有してなる金属合金。
【請求項１６】請求項１記載の金属タンタルを含有してなるスパッタター
ゲット。
【請求項１７】請求項６記載の金属タンタルを含有してなるスパッタター
ゲット。
【請求項１８】請求項３記載の金属タンタルを含有してなるスパッタター
ゲット。
【請求項１９】請求項１記載の金属タンタルを含有してなるキャパシタか
ん。
【請求項２０】請求項６記載の金属タンタルを含有してなるキャパシタか
ん。
【請求項２１】請求項３記載の金属タンタルを含有してなりキャパシタか
ん。
【請求項２２】請求項１記載の金属タンタルを含有してなる抵抗膜層。
【請求項２３】請求項６記載の金属タンタルを含有してなる抵抗膜層。
【請求項２４】請求項３記載の金属タンタルを含有してなる抵抗膜層。
【請求項２５】請求項１記載の金属タンタルを少くとも１成分として含ん
でなる物品。
【請求項２６】請求項６記載の金属タンタルを少くとも１成分として含ん
でなる物品。
【請求項２７】請求項３記載の金属タンタルを少くとも１成分として含ん
でなる物品。
【請求項２８】ａ）約５０μｍ以下の平均粒径、またはｂ）（１００）極
点図がランダムな約１５以下の中心ピーク強度を有する集合組織、またはｃ）約
−４．０より大きい（１１１）：（１００）中心ピーク強度の対数比、またはそ
れらの組合わせ、を有する金属タンタル。
【請求項２９】約２５から約５０μｍの平均粒径を有する請求項２８記載
の金属タンタル。
【請求項３０】約−４．０より大きい（１１１）：（１００）中心ピーク
強度の比を有する請求項２８記載の金属タンタル。
【請求項３１】ａ）およびｂ）の両方を有する請求項２８記載の金属タン
タル。
【請求項３２】該金属が少くともタンタル９９．９９５％の純度を有する
請求項２８記載の金属タンタル。
【請求項３３】該金属が少くともタンタル９９．９９９％の純度を有する
請求項２８記載の金属タンタル。
【請求項３４】該金属が十分に再結晶化される請求項２８記載の金属タン
タル。
【請求項３５】該金属が十分に再結晶化される請求項３２記載の金属タン
タル。
【請求項３６】該金属が十分に再結晶化される請求項３３記載の金属タン
タル。
【請求項３７】該金属の約８０％以上が十分に再結晶化される請求項２８
記載の金属タンタル。
【請求項３８】該中心ピーク強度がランダムな約０からランダムな約１５
である請求項２８記載の金属タンタル。
【請求項３９】該対数比が約−４．０から約１５である請求項２８記載の
金属タンタル。
【請求項４０】請求項２８記載の金属タンタルを含有してなる物品。
【請求項４１】請求項３３記載の金属タンタルを含有してなる物品。
【請求項４２】請求項２８記載の金属タンタルを含有してなるスパッタタ
ーゲット。
【請求項４３】請求項３３記載の金属タンタルを含有してなるスパッタタ
ーゲット。
【請求項４４】タンタルを含有する塩を、攪拌機を有する反応容器中でそ
の塩をタンタルおよび第２の塩に還元しうる少くとも１つの試薬を反応させるこ
とを含む請求項１記載の金属タンタルの製造方法であり、反応容器もしくは反応
容器の内張り、ならびに攪拌機もしくは攪拌機の外張りはタンタルの融点でタン
タルの蒸気圧以上の蒸気圧を有する金属で製造されていることを特徴とする金属
タンタルの製造方法。
【請求項４５】タンタルを含有する塩がフッ化カリウムタンタルからなり
、試薬がナトリウムからなる請求項４４記載の方法。
【請求項４６】第２の塩がフッ化ナトリウムおよび１または塩化ナトリウ
ムからなる請求項４５記載の方法。
【請求項４７】タンタルを含有する該塩を反応させる前に、該方法は、タ
ンタルおよび不純物からなる酸溶液を生成させること、不純物を含有する酸溶液
からタンタルを含有する酸溶液の密度による分離を行うこと、ならびにタンタル
を含有する酸溶液を再結晶化させて、タンタルを含有する塩を生成させること；
からなる請求項４４記載の方法。
【請求項４８】タンタルおよび不純物が、タンタルおよび不純物からなる
破砕鉱石である請求項４７記載の方法。
【請求項４９】タンタルおよび不純物からなる酸溶液が酸溶液をタンタル
からなる破砕鉱石と一緒にすることにより生成される請求項４７記載の方法。
【請求項５０】反応が、攪拌下に約８００℃〜１１００℃で生じる請求項
４４記載の方法。
【請求項５１】反応容器もしくは内張り、ならびに攪拌機もしくは攪拌機
の外張りが金属にもとづき、該金属はニッケル、クロム、鉄、マンガン、チタン
、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、テクネチウム、ルテニウム、コバル
ト、ロジウム、パラジウム、白金、もしくはそれらの組合わせ、である請求項４
４記載の方法。
【請求項５２】金属がニッケルもしくはニッケルにもとづく合金である請
求項５１記載の方法。
【請求項５３】金属がクロムもしくはクロムにもとづく合金である請求項
５１記載の方法。
【請求項５４】金属が鉄もしくは鉄にもとづく合金である請求項５１記載
の方法。
【請求項５５】水性溶液中に第２の塩を溶解させることによりタンタルを
回収することをさらに含む請求項４４記載の方法。
【請求項５６】十分な真空中で該回収タンタルを溶融して該回収タンタル
中に存在する不純物を実質的に除去して、高純度タンタルを得ることをさらに含
む請求項５５記載の方法。
【請求項５７】真空が１０−４ｔｏｒｒ以下である請求項５６記載の方法
。
【請求項５８】溶融回収タンタルへの圧力は実質的にすべての不純物の蒸
気圧よりも低い請求項５６記載の方法。
【請求項５９】不純物が不純物の蒸発により除去される請求項５６記載の
方法。
【請求項６０】該溶融が電子ビーム溶融により行われる請求項５６記載の
方法。
【請求項６１】該溶融が真空アーク再溶融処理により行われる請求項５６
記載の方法。
【請求項６２】高純度タンタルが固体を形成し、圧延処理、鍛造加工処理
もしくはその両方に供さる請求項５６記載の方法。
【請求項６３】金属タンタルが実質的に微細で均一なミクロ構造を有する
請求項１記載の金属タンタル。
【請求項６４】金属タンタルが約２５〜約１５０μｍの平均粒径を有する
請求項１記載の金属タンタル。
【請求項６５】金属タンタルが約２５〜約１００μｍの平均粒径を有する
請求項１記載の金属タンタル。
【請求項６６】金属タンタルが約２５〜約７５μｍの平均粒径を有する請
求項１記載の金属タンタル。
【請求項６７】ａ）金属タンタルの表面を機械的もしくは化学的に清浄化
すること、そして金属タンタルは工程（ｂ）〜（ｇ）を可能にするのに十分な開
始断面領域を有すること；ｂ）金属タンタルを少なくとも１つの圧延スラブに平形に鍛造加工すること、そ
して少なくとも１つの圧延スラブは工程ｄ）におけるアニ―ル後に実質的に均一
な再結晶を達成するのに十分な変形を有すること；ｃ）少なくとも１つの圧延スラブの表面を機械的もしくは化学的に清浄化するこ
と；ｄ）少なくとも１つの圧延スラブの少なくとも部分的再結晶化を達成するために
十分な温度および十分な時間、少なくとも１つの圧延スラブをアニ―ルすること
；ｅ）少なくとも１つの板を形成するために開始金属タンタルの軸に垂直および平
行な方向の両方に少なくとも１つの圧延スラブを冷間もしくは温間圧延すること
；ｆ）少なくとも１つの板を平らにすること；ならびにｇ）約１５０μｍ以下の平均粒径および（１００）集合組織バンドを実質的に欠
く集合組織、を有するように少なくとも１つの板をアニ―ルすること、を含む、少なくとも９９．９９５％の純度を有する金属タンタルからスパッタタ
ーゲットを製造する方法。
【請求項６８】金属タンタルが少なくとも９９．９９９％の純度を有する
請求項６７記載の方法。
【請求項６９】金属タンタルが空気中で少なくとも４時間、大気〜約１２
００℃の温度に置かれた後に平形の鍛造加工が生じる請求項６７記載の方法。
【請求項７０】冷間圧延が大気温度における横圧延であり、温間圧延が約
３７０℃未満の温度である請求項67記載の方法。
【請求項７１】板のアニ―ルが金属タンタルの再結晶化を達成するのに十
分な温度と時間での真空アニ―ルである請求項６７記載の方法。
【請求項７２】ａ）金属タンタルの表面を機械的もしくは化学的に清浄化
すること、そして金属タンタルは工程（ｂ）〜（ｉ）を可能にするのに十分な開
始断面領域を有すること；ｂ）金属タンタルを少なくとも１つのロットに円形鍛造加工すること、そして少
なくとも１つのロッドは工程ｄ）もしくは工程ｆ）におけるアニ―ルの後に実質
的に均一な再結晶を達成するのに十分な変形を有すること；ｃ）ロッドをビレットに切断すること、そしてビレットの表面を機械的もしくは
化学的に清浄にすること；ｄ）少なくとも部分的に再結晶化を達成するためにビレットを任意にアニ―ルす
ること；ｅ）ビレットを軸方向に鍛造加工してプリフォームにすること；ｆ）少なくとも部分的に再結晶化を達成させるためにプリフォームを任意にアニ
―ルすること；ｇ）プリフォームを冷間圧延して少なくとも1つの板にすること；ｈ）その少なくとも1つの板の表面を機械的もしくは化学的に、任意に清浄化す
ること；ならびにｊ）約１５０μｍ以下の平均粒径、および（１００）集合組織バンドを実質的に
欠く集合組織、を有するように少なくとも１つの板をアニ―ルすること、そして
アニ―ルは少なくとも工程ｄ）もしくはｆ）または両方で生じる、を含む、少な
くとも９９．９９５％の純度を有する金属タンタルからスパッタターゲットを製
造する方法。
【請求項７３】金属タンタルが少なくとも９９．９９９％の純度を有する
請求項７２記載の方法。
【請求項７４】円形鍛造加工が、金属タンタルを約３７０℃以下の温度に
さらさせた後に生じる請求項７２記載の方法。
【請求項７５】ビレットの鍛造加工の前にビレットがアニ―ルされる請求
項７２記載の方法。
【請求項７６】プリフォームの冷間圧延の前にプリフォームがアニ―ルさ
れる請求項７２記載の方法。
【請求項７７】プリフォームのアニ―ルが再結晶化を達成するのに十分な
温度での真空アニ―ルである請求項７２記載の方法。