JP3129709B2 - Method for producing low oxygen high purity titanium material - Google Patents

Method for producing low oxygen high purity titanium material

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JP3129709B2
JP3129709B2 JP11115085A JP11508599A JP3129709B2 JP 3129709 B2 JP3129709 B2 JP 3129709B2 JP 11115085 A JP11115085 A JP 11115085A JP 11508599 A JP11508599 A JP 11508599A JP 3129709 B2 JP3129709 B2 JP 3129709B2
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  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体用配線材料
の形成に用いられるターゲット用高純度チタン材の製造
方法に関し、さらに詳しくは、スパッタリング用ターゲ
ットの作製に適する、含有酸素濃度が200ppm以下と低酸
素で、且つ高純度のチタン材を製造する方法に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a high-purity titanium material for a target used for forming a wiring material for a semiconductor. More specifically, the present invention relates to a method for producing a sputtering target. The present invention relates to a method for producing a low-oxygen and high-purity titanium material.

【0002】[0002]

【従来技術】従来から、半導体用配線材料として、高純
度の高融点金属材料が使用されている。具体的に配線材
料として用いられる金属材料としては、モリブデン、タ
ングステン、ニオブ、チタンまたはそれらのシリサイド
があげられるが、中でもチタンは優れた比強度、加工性
および耐食性を有することから、広く使用されている。
そして、最近のLSI素子の高密度化にともない、さら
に半導体用配線材料に使用されるチタンは高純度である
ことが要求され、特に含有される酸素濃度に関し一層の
低減が要請されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, high-purity high-melting point metal materials have been used as wiring materials for semiconductors. Specific examples of the metal material used as the wiring material include molybdenum, tungsten, niobium, titanium and their silicides. Among them, titanium is widely used because of its excellent specific strength, workability and corrosion resistance. I have.
With the recent increase in the density of LSI devices, titanium used for wiring materials for semiconductors is required to have high purity, and further reduction in the concentration of contained oxygen is required.

【0003】例えば、酸素含有量に関して、DRAMの
主流である64Mビットの配線材料に使用される高純度
チタン材では、酸素濃度は250ppm以下が要求される。さ
らに、近年、本格的な生産が検討され始めた128Mビ
ット、あるいは256Mビットという高い集積度の配線
材料に使用される高純度チタン材になると、含有される
酸素濃度はさらに低減させて、200ppm以下にするのが望
ましいとされる。
For example, with respect to the oxygen content, a high-purity titanium material used for a 64-Mbit wiring material, which is a mainstream of DRAM, requires an oxygen concentration of 250 ppm or less. Furthermore, in the case of high-purity titanium materials used for wiring materials with a high integration density of 128 Mbits or 256 Mbits, for which full-scale production has begun to be studied in recent years, the oxygen concentration contained is further reduced to 200 ppm or less. It is desirable to be.

【0004】このような要請に対応して、特公平4−75
301号公報には、酸素含有量を250ppm以下に低減し、さ
らに鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、クロム(Cr)の含有量
が 10ppm以下、ナトリウム(Na)、カリウム(K)の含
有量が0.1ppm以下である薄膜形成ターゲット用高純度チ
タン材が開示され、その製造方法として溶融塩電解法で
得た粗チタン材を高真空中で電子線溶解する方法が提案
されている。このように製造されたチタン材は、薄膜形
成ターゲット用としてはもとより、LSI、VLSI、
ULSI等の薄膜材料としてみた場合にも、忌避すべき
不純物元素の含有量が非常に少ないとしている。
In response to such a demand, Japanese Patent Publication No. 4-75
No. 301 discloses that the oxygen content is reduced to 250 ppm or less, the iron (Fe), nickel (Ni), and chromium (Cr) content is 10 ppm or less, and the sodium (Na) and potassium (K) content is reduced. A high purity titanium material for a thin film forming target having a content of 0.1 ppm or less is disclosed, and as a method for producing the same, a method of electron beam melting a crude titanium material obtained by a molten salt electrolysis method in a high vacuum has been proposed. The titanium material manufactured in this way is used not only for thin film forming targets, but also for LSIs, VLSIs,
Even when viewed as a thin film material such as ULSI, the content of impurity elements to be avoided is extremely small.

【0005】確かに、溶融塩電解法と電子線溶解法との
組み合わせでは、溶融塩電解法により得られた針状チタ
ンを、高真空中で電子ビームを利用して溶解するので、
針状チタンに多く含まれるNaやK等のアルカリ金属が効
率的に蒸発させることができ、高い精製効果が得られ
る。さらに、電子線溶解法は10-5torrという真空条件で
行われるため、溶製されたチタン材への酸素濃度の増加
はほとんど認められない。
Certainly, in the combination of the molten salt electrolysis method and the electron beam melting method, the acicular titanium obtained by the molten salt electrolysis method is melted in a high vacuum using an electron beam.
Alkali metals such as Na and K, which are often contained in the acicular titanium, can be efficiently evaporated, and a high purification effect can be obtained. Further, since the electron beam melting method is performed under a vacuum condition of 10 -5 torr, almost no increase in the oxygen concentration in the smelted titanium material is recognized.

【0006】ところで、現在、展伸用チタン材の製造方
法として工業的に使用されているものには、上記溶融塩
電解法の他に、中間原料であるチタン化合物の四塩化チ
タン(TiCl4)を純チタン金属に還元する方法があり、
二つの製造方法に大別される。すなわち、マグネシウム
(Mg)を還元剤として熱還元するクロール(Kroll)
法、ナトリウム(Na)を還元剤とするハンター(Hunte
r)法である。
[0006] Incidentally, in addition to the above-mentioned molten salt electrolysis, titanium tetrachloride (TiCl 4 ) as an intermediate raw material is currently used industrially as a method for producing a titanium material for spreading. Is reduced to pure titanium metal,
It is roughly divided into two manufacturing methods. That is, Kroll, which is thermally reduced using magnesium (Mg) as a reducing agent
Hunte using sodium (Na) as a reducing agent
r) method.

【0007】これらの展伸用チタン材の製造方法を比較
すると、生産性および省エネルギーの観点からはクロー
ル法が最も優れているのに対し、溶融塩電解法は劣るも
のとなっている。さらに、前記特公平4−75301号公報
が開示しているターゲット用高純度チタン材の製造方法
では、溶融塩電解法の上記問題に加え、電子線溶解法の
高額な装置費用を要することも問題である。このため、
従来のクロール法を改善して、ターゲット用高純度チタ
ンを製造する方法が各種試みられている。
[0007] Comparing the production methods of these wrought titanium materials, the crawl method is the most excellent from the viewpoint of productivity and energy saving, whereas the molten salt electrolysis method is inferior. Furthermore, in the method of manufacturing a high-purity titanium material for a target disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Publication No. 4-75301, in addition to the above-mentioned problems of the molten salt electrolysis method, there is a problem that an expensive apparatus cost of the electron beam melting method is required. It is. For this reason,
Various attempts have been made to improve the conventional crawl method and produce high-purity titanium for a target.

【0008】図1は、クロール法による展伸用スポンジ
チタンの製造工程を還元〜真空分離〜破砕に沿って説明
する図である。まず、還元工程()では、還元炉1内
のノズル2からTiCl4を噴霧させて、溶融Mgと反応させ
る。このとき還元炉1内の反応雰囲気中に酸素等の混入
があると、スポンジチタンを汚染することになるので、
反応は密閉した鋼製の反応容器3内で行われる。
FIG. 1 is a view for explaining the steps of producing the sponge titanium for spreading by the Kroll method in the order of reduction, vacuum separation and crushing. First, in the reduction step (), TiCl 4 is sprayed from the nozzle 2 in the reduction furnace 1 to react with molten Mg. At this time, if oxygen or the like is mixed in the reaction atmosphere in the reduction furnace 1, the titanium sponge will be contaminated.
The reaction is performed in a closed steel reaction vessel 3.

【0009】反応に必要なMgを反応容器3に装入して、
容器内を不活性なアルゴンガスで置換したのち、加熱昇
温してMgを溶融させる。溶融Mgを収容した反応容器3内
にノズル2からTiCl4が供給され、Tiと副生物であるMgC
l2が生成される。副生物であるMgCl2は適宜反応容器3
の外へ抜き取られ、最終的には未反応Mgおよび残留Mg
Cl2を含むスポンジ状または針状のチタンが反応容器3
内で得られる。
[0009] Mg required for the reaction is charged into the reaction vessel 3,
After replacing the inside of the container with an inert argon gas, the temperature is increased by heating to melt Mg. TiCl 4 is supplied from a nozzle 2 into a reaction vessel 3 containing molten Mg, and Ti and by-product MgC
l 2 is generated. MgCl 2 as a by-product is added to the reaction vessel 3
And finally unreacted Mg and residual Mg
Sponge-like or needle-like titanium containing Cl 2 is used as the reaction vessel 3
Obtained within.

【0010】真空分離工程()では、反応容器3を真
空分離炉4内に収納して、反応容器3の内部を真空状態
とするとともに、さらに反応容器3の外部からその内部
を加熱して、反応容器3内のスポンジチタンに含まれる
未反応Mgおよび残留MgCl2を蒸発させる。蒸発した未反
応Mgや残留MgCl2は真空分離炉4外の凝縮器5によって
回収される。真空分離を終えたスポンジチタンは、反応
容器3から円筒状の塊として押し出される。
In the vacuum separation step (1), the reaction vessel 3 is housed in a vacuum separation furnace 4, and the inside of the reaction vessel 3 is evacuated, and the inside of the reaction vessel 3 is further heated from outside. Unreacted Mg and residual MgCl 2 contained in the titanium sponge in the reaction vessel 3 are evaporated. Evaporated unreacted Mg and residual MgCl 2 are collected by a condenser 5 outside the vacuum separation furnace 4. The sponge titanium after vacuum separation is extruded from the reaction vessel 3 as a cylindrical mass.

【0011】破砕工程()では、押し出されたスポン
ジチタンの塊はその底部、頂部および円周部を除去され
てのち、切断プレス6で切断される。その後、ジョーク
ラッシャーで細粒(1/2 インチ以下)に破砕される。こ
のように所定の粒径まで破砕されたスポンジチタンは、
さらに品質を均一に維持するため混合したのち、アルゴ
ンガスを充填した密閉ドラム缶に入れて保管される。た
だし、ターゲット用高純度チタン材の製造においては、
酸素成分、金属成分の汚染を回避するため、細粒破砕や
混合は実施されない。
In the crushing step (), the extruded lump of titanium sponge is cut by the cutting press 6 after its bottom, top and circumference are removed. Then, it is crushed into fine grains (less than 1/2 inch) with a jaw crusher. Sponge titanium crushed to a predetermined particle size in this way,
After mixing to maintain the quality even, the mixture is stored in a sealed drum filled with argon gas. However, in the production of high-purity titanium materials for targets,
In order to avoid contamination of the oxygen component and the metal component, fine particles are not crushed or mixed.

【0012】上記クロール法によるターゲット用高純度
チタン材の製造として、特開平7−258765号公報には、
反応容器を用いて製造された円筒状のスポンジチタンの
中心部分を選別し、これを10〜300mmに切断した後、得
られたスポンジチタンを消耗電極として溶解し、高純度
チタン材を製造する方法が開示されている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-258765 discloses production of a high-purity titanium material for a target by the Kroll method.
A method for producing a high-purity titanium material by selecting a central portion of a cylindrical titanium sponge produced using a reaction vessel, cutting the central portion into 10 to 300 mm, and dissolving the obtained sponge titanium as a consumable electrode. Is disclosed.

【0013】言い換えると、クロール法によって製造さ
れた円筒状スポンジチタンは、その塊内部に存在する不
純物の分布は均一になっていない。例えば、酸素(O2
による汚染は、反応容器から押し出されたスポンジチタ
ン塊が大気雰囲気中のO2と接触し、塊の外表面から汚染
されることに起因する。そのため、採取するスポンジチ
タンを円筒状塊の中心部に限定することによって、含有
される酸素濃度を低減することができるとしている。こ
のため、特開平7−258765号公報で提案される製造方法
は、比較的低廉なコストで高純度のチタンを製造できる
ことから、一定の成果を達成している。
[0013] In other words, in the cylindrical titanium sponge produced by the Kroll method, the distribution of impurities present in the mass is not uniform. For example, oxygen (O 2 )
Is caused by the titanium sponge mass extruded from the reaction vessel coming into contact with O 2 in the air atmosphere and being contaminated from the outer surface of the mass. Therefore, it is stated that the concentration of oxygen contained can be reduced by limiting the sponge titanium to be collected to the center of the cylindrical mass. For this reason, the manufacturing method proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-258765 has achieved a certain result since high-purity titanium can be manufactured at relatively low cost.

【0014】また、特開平10−259432号公報では、破砕
工程における湿度条件、または温度条件を規定すること
によって、酸素含有量が250ppm以下の高品位を有し、ス
パッタリング用ターゲットに適用することができる低酸
素チタン材の製造方法が提案されている。ここで、提案
された方法では、スポンジケーキに残留するMgC12が大
気中の水分を吸収することによって、スポンジケーキに
含有される酸素量が増加することに着目している。
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-259432, the humidity condition or the temperature condition in the crushing step is specified, so that the oxygen content has a high quality of 250 ppm or less and can be applied to a sputtering target. A method for producing a low oxygen titanium material has been proposed. Here, in the proposed method, MgCl 2 remaining in the sponge cake by absorbing moisture in the atmosphere, attention is paid to the amount of oxygen contained in the sponge cake increases.

【0015】具体的には、スポンジチタンの切断工程、
特に破砕工程での雰囲気中の湿度が高いと、スポンジチ
タン中の酸素含有量が増加し、逆に、破砕工程での雰囲
気中の湿度が低くなると、スポンジチタンに含有される
酸素が抑制されるとしている。このため、クロール法で
製造したスポンジチタンケーキを切断、選別したスポン
ジチタンを破砕する際に、絶対湿度が「10g-H2O/m3
下」の雰囲気下で、さらに望ましくは雰囲気温度も25℃
以下に保持して行うようにしている。
Specifically, a step of cutting titanium sponge;
Particularly when the humidity in the atmosphere in the crushing step is high, the oxygen content in the titanium sponge increases, and conversely, when the humidity in the atmosphere in the crushing step decreases, the oxygen contained in the titanium sponge is suppressed. And For this reason, when cutting the sponge titanium cake manufactured by the Kroll method and crushing the sorted sponge titanium cake, the absolute humidity is `` 10 g-H 2 O / m 3 or less '' in an atmosphere, more preferably the ambient temperature is 25. ° C
It keeps it below.

【0016】上記特開平10−259432号公報で提案の方法
を実施しようとすると、破砕工程における雰囲気湿度、
さらに雰囲気温度を調整するための装置が必要となり、
その設置費用および装置を稼働する費用が高純度チタン
の製造コストを高騰させることになる。また、酸素含有
量の低減には、後工程である破砕工程での雰囲気調整で
は不十分である。言い換えると、スポンジチタンに含有
される酸素を抑制するには、スポンジケーキに残留する
MgC12の吸湿を主な問題とするのではなく、大気雰囲気
中の酸素に対して活性な状態、すなわち、反応容器から
取り出されたスポンジチタンの切断に際して、対策を講
じなければならない。
If the method proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-259432 is to be carried out, it is difficult to obtain the atmospheric humidity,
In addition, a device for adjusting the ambient temperature is required,
The installation cost and the operation cost of the apparatus increase the production cost of high-purity titanium. Further, the atmosphere adjustment in the crushing step, which is a subsequent step, is insufficient for reducing the oxygen content. In other words, in order to suppress the oxygen contained in the sponge titanium, the sponge cake remains in the sponge cake.
MgC1 2 hygroscopic rather than a major problem, active state with respect to oxygen in the ambient atmosphere, i.e., upon cleavage of titanium sponge taken from the reaction vessel, must take measures.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、クロール法
で含有される酸素濃度が200ppm以下の低酸素高純度チタ
ンを製造することを意図してなされたものであり、反応
容器から取り出す段階における円筒状のスポンジチタン
中心部分の温度を制御することによって、スパッタリン
グ用ターゲットの作製に適する、低酸素高純度チタンを
製造する方法を提供することを目的としている。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention is intended to produce low-oxygen high-purity titanium having an oxygen concentration of 200 ppm or less by the Kroll method, An object of the present invention is to provide a method for producing low-oxygen and high-purity titanium suitable for producing a sputtering target by controlling the temperature of a central portion of a cylindrical titanium sponge.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記の課
題を達成するため、前記特開平7−258765号公報で提案
された方法を用いて、種々の検討を行った。通常、還元
反応後、真空分離を終えたスポンジチタンは、その表面
温度が100℃以下になるまで冷却された後、反応容器か
ら押出装置等を用いて取り出される。ここで、反応容器
から取り出す目安を「表面温度で100℃以下」としてい
るのは、押出装置の作業性、その後の切断プレスの作業
性や後述するスポンジチタンの特性を考慮した結果であ
る。
Means for Solving the Problems The present inventors have conducted various studies using the method proposed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-258765 in order to achieve the above object. Usually, after the reduction reaction, the sponge titanium that has been subjected to the vacuum separation is cooled to a surface temperature of 100 ° C. or lower, and then taken out of the reaction vessel using an extruder or the like. Here, the reason why the standard for taking out from the reaction vessel is “100 ° C. or less in surface temperature” is a result in consideration of the workability of the extruder, the workability of the subsequent cutting press, and the characteristics of sponge titanium described later.

【0019】従来から、低酸素のスポンジチタンを得る
ために、反応容器から取り出されたスポンジチタンは、
大気雰囲気中に曝される時間を短くするため、可能な限
り速やかに中心部分が切断され、切断したまま、若しく
は必要ある場合は破砕工程で粒径10〜300mmに調整され
て、高純度の中心部分として採取される。採取されたス
ポンジチタンは、アルゴンガスを充填した密閉ドラム缶
に入れて保管される。
Conventionally, in order to obtain low oxygen sponge titanium, sponge titanium taken out of the reaction vessel is
In order to shorten the exposure time to the atmosphere, the central part is cut as soon as possible, and the cut part is adjusted to 10 to 300 mm in the crushing step as it is, or if necessary, to obtain a high-purity center. Collected as part. The collected titanium sponge is stored in a sealed drum filled with argon gas.

【0020】真空分離後のスポンジチタンの表面は活性
であるため、外部から酸化を受けやすく大気雰囲気に曝
されると、酸化膜が表面に形成される。このとき形成さ
れる酸化膜の厚さはスポンジチタンの温度に依存し、温
度が高くなるほど酸化膜が厚くなり、それに伴ってスポ
ンジチタンに含有される酸素濃度も上昇することにな
る。そして、酸化膜は緻密、且つ強固であるから、一旦
表面に酸化膜が形成されると、その後はスポンジチタン
の内部に酸素が供給されなくなり、酸素含有量の上昇は
殆ど認められない。
Since the surface of the sponge titanium after the vacuum separation is active, it is easily oxidized from the outside, and when exposed to the atmosphere, an oxide film is formed on the surface. The thickness of the oxide film formed at this time depends on the temperature of the titanium sponge, and the higher the temperature, the thicker the oxide film, and accordingly, the concentration of oxygen contained in the titanium sponge also increases. Since the oxide film is dense and strong, once the oxide film is formed on the surface, oxygen is no longer supplied to the inside of the titanium sponge, and the increase in the oxygen content is hardly recognized.

【0021】適正な酸化膜厚さを形成するには、「表面
温度で100℃以下」とすることが目安となる。しかし、
スポンジチタンの熱伝導率は著しく低い値であるため、
表面温度が100℃であっても、高純度チタンを採取する
中心部分では100℃を超える状態になっている。さらに
切断プレスで切断する際には、切断加工に伴って温度上
昇がみられることに留意しなければならない。発明者ら
の検討結果によれば、切断加工の速度にもよるが、20℃
〜40℃の温度上昇が見られ、表面温度が100℃を超える
ようになると、厚い膜厚の酸化膜が形成される。
In order to form an appropriate oxide film thickness, it is a standard to set the surface temperature to 100 ° C. or less. But,
Since the thermal conductivity of titanium sponge is extremely low,
Even if the surface temperature is 100 ° C., the temperature exceeds 100 ° C. in the central part where high-purity titanium is collected. Furthermore, when cutting with a cutting press, it must be noted that the temperature rises with the cutting process. According to the study results of the inventors, it depends on the speed of the cutting process, but 20 ° C.
A temperature rise of about 40 ° C. is observed, and when the surface temperature exceeds 100 ° C., a thick oxide film is formed.

【0022】上述したスポンジチタンの特性を考慮し
て、反応容器内のスポンジチタンの中心部分の温度が10
0℃以下、すなわち、切断プレスの加工を伴って温度上
昇が見られる場合でも実質的に100℃以下になるまで冷
却した後取り出すようにして、その後速やかに中心部分
の採取を行うことによって、低酸素で、スパッタリング
用ターゲットの作製に適する高純度チタンを製造できる
ことを知見した。本発明は、このような知見に基づいて
完成したものであり、下記(1)、(2)および(3)の低酸素
高純度チタン材の製造方法を要旨としている。以下の説
明において、低酸素とは酸素濃度が200ppm以下を意図し
ており、高純度とは不純物としてFe、Ni、Cr、Al、Siの
含有量が10ppm以下、Na、Kの含有量が0.1ppm以下であ
ることを意図する。
In consideration of the above-mentioned characteristics of titanium sponge, the temperature of the central part of titanium sponge in the reaction vessel is 10
0 ℃ or less, that is, even if the temperature rise is observed with the processing of the cutting press, so as to take out after cooling down to substantially 100 ℃ or less, then by immediately collecting the central part, low It has been found that high-purity titanium suitable for manufacturing a sputtering target can be manufactured with oxygen. The present invention has been completed based on such knowledge, and has a gist of the following (1), (2) and (3) methods for producing a low-oxygen and high-purity titanium material. The following theory
Low oxygen means that the oxygen concentration is 200 ppm or less.
High purity means that Fe, Ni, Cr, Al, Si
The content is 10 ppm or less, and the content of Na and K is 0.1 ppm or less.
Intended to be.

【0023】(1) クロール法によって製造されたスポン
ジチタンの中心部分を採取して高純度チタン材を製造す
る方法であって、前記スポンジチタンの中心部分の温度
が100℃以下になるまで冷却した後、スポンジチタンの
中心部を切断することを特徴とする低酸素高純度チタ
ン材の製造方法である。ただし、本発明におけるスポン
ジチタンの中心部分は、後述する規定による。
(1) A method for producing a high-purity titanium material by collecting a central portion of titanium sponge produced by the Kroll method, wherein the temperature of the central portion of the titanium sponge is
After There was cooled to 100 ° C. or less, a method for producing a low-oxygen high-purity titanium material, characterized in that cutting the center portion of titanium sponge. However, the sponge in the present invention
The central portion of the dititanium conforms to the rules described later.

【0024】(2) クロール法によって製造されたスポン
ジチタンの中心部分を採取して高純度チタン材を製造す
る方法であって、前記スポンジチタンの中心部分の温度
が60℃以下になるまで冷却した後、スポンジチタンの中
心部を切断することを特徴とする低酸素高純度チタン
材の製造方法である。
(2) A method of producing a high-purity titanium material by collecting a central portion of titanium sponge produced by the Kroll method, wherein the temperature of the central portion of the titanium sponge is cooled to 60 ° C. or less. after a method for producing a low-oxygen high-purity titanium material, characterized in that cutting the center portion of titanium sponge.

【0025】(3) 上記(1)、(2)と同様に、スポンジチタ
ンの中心部分を採取して高純度チタン材を製造する方法
であって、反応容器内でスポンジチタンの中心部分の温
が100℃以下、または60℃以下の所定温度になるまで
冷却した後、反応容器から取り出してスポンジチタンの
中心部を切断することを特徴とする低酸素高純度チタ
ン材の製造方法である。
(3) A method for producing a high-purity titanium material by sampling a central portion of titanium sponge similarly to the above (1) and (2), wherein the temperature of the central portion of titanium sponge in a reaction vessel is There 100 ° C. or less, or 60 ° C. after cooling down below a predetermined temperature, a method for producing a low-oxygen high-purity titanium material, characterized in that cutting the center portion of titanium sponge removed from the reaction vessel.

【0026】上記(1)、(2)および(3)の低酸素高純度チ
タン材の製造方法において、Ni、Cr等の金属不純物の混
入を防止するため、反応容器は内側が低炭素鋼、外側が
ステンレス鋼としてクラッド鋼で構成するのが望まし
い。
In the method for producing a low-oxygen and high-purity titanium material according to the above (1), (2) and (3), the inside of the reaction vessel is made of low-carbon steel in order to prevent mixing of metallic impurities such as Ni and Cr. It is desirable that the outside is made of clad steel as stainless steel.

【0027】本発明において、スポンジチタンの中心部
分とは、真空分離後、反応容器から取り出されたスポン
ジチタン塊の底部から厚さが塊高さの25%以上の部分と
頂部から厚さが塊高さの10%以上の部分とを切断除去
し、かつ円筒状塊の円周部から厚さが塊直径の18%以上
の円周部分を切断除去して、スポンジチタン塊重量の30
%未満に相当する部分とすることができる。この中心部
分は、スポンジチタンの不純物分布として、O2の他、N
i、Cr、Fe等の偏在状況を詳細に検討した結果得られた
ものである。
In the present invention, the central part of the titanium sponge is defined as a part having a thickness of 25% or more of the lump height from the bottom of the titanium sponge lump taken out of the reaction vessel after vacuum separation and a lump having a thickness from the top. Cut and remove 10% or more of the height, and cut and remove from the circumference of the cylindrical mass a circumference of 18% or more of the mass diameter, and remove 30% of the weight of the titanium sponge mass.
%. The central portion, as the distribution of impurities sponge titanium, other O 2, N
This is obtained as a result of a detailed study of the uneven distribution of i, Cr, Fe and the like.

【0028】現状のクロール法の製造技術においては、
スポンジチタン塊の重量は、使用される反応容器の容量
の応じて6〜10tonが多用されている。本発明者らの検
討によれば、上記中心部分の規定は6〜10ton重量のス
ポンジチタン塊に限定されるものではなく、それ以外、
例えば、1Ton〜5Tonのスポンジチタン塊であっても、
上記で特定する中心部分が適用できることを確認してい
る。
In the current production technology of the crawl method,
The weight of the titanium sponge mass is often 6 to 10 tons depending on the capacity of the reaction vessel used. According to the study of the present inventors, the definition of the central portion is not limited to the titanium sponge mass of 6 to 10 ton weight,
For example, sponge titanium lump of 1Ton-5Ton,
It has been confirmed that the center part specified above can be applied.

【0029】また、上記(1)の低酸素高純度チタン材の
製造方法において、中心部分の温度を100℃以下と規定
しているのは、スポンジチタンの熱伝導率を考慮した場
合でも、または切断プレスの加工に伴って温度上昇がみ
られる場合でも、スポンジチタン中心部分の温度が100
℃以下を満足することを意味する。
In the method (1) for producing a low-oxygen high-purity titanium material, the temperature of the central portion is specified to be 100 ° C. or less even when the thermal conductivity of titanium sponge is taken into consideration, or Even if the temperature rises with the processing of the cutting press, the temperature at the center of the titanium sponge is 100%.
It means that the temperature is below ℃.

【0030】[0030]

【発明の実施の形態】本発明では、反応容器内でスポン
ジチタンを冷却する場合、または反応容器から取り出し
てスポンジチタンを冷却する場合に拘わらず、反応容器
から取り出したスポンジチタンの中心部分の切断、採取
の際に、該当する中心部分の温度を低く制御することに
よって、その表面に膜厚の薄い酸化皮膜を形成するよう
にしている。採取されたスポンジチタンの表面に酸化皮
膜の形成されると、その内部への酸素供給が困難になる
ため、その後の酸素含有量の上昇を抑制することができ
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the present invention, the cutting of the central part of the sponge titanium taken out of the reaction vessel is performed regardless of whether the sponge titanium is cooled in the reaction vessel or the sponge titanium is taken out of the reaction vessel and cooled. At the time of sampling, the temperature of the corresponding central portion is controlled to be low, so that a thin oxide film is formed on the surface thereof. When an oxide film is formed on the surface of the sampled titanium sponge, it becomes difficult to supply oxygen to the inside of the titanium oxide sponge, so that the subsequent increase in the oxygen content can be suppressed.

【0031】具体的な中心部分の温度としては、100
以下になるまで冷却すること、または60℃以下になるま
で冷却することとしている。通常、中心部分の温度制御
は、真空分離終了後の冷却時間によって管理される。そ
のため、反応を終了したスポンジチタンを冷却し、上部
からドリルで穿孔して中心部分に熱伝対を挿入したの
ち、真空分離を行う温度まで昇温する。そして、真空分
離を行った後冷却し、冷却開始からの時間と中心部分の
温度との関係が実測される。この実測結果に基づいて、
真空分離後の冷却時間が管理される。
The specific temperature of the central part is 100 ° C.
It is to be cooled to below or to 60 ° C or below. Usually, the temperature control of the central portion is controlled by the cooling time after the completion of the vacuum separation. Therefore, the sponge titanium which has completed the reaction is cooled, drilled from above to insert a thermocouple in the center, and then heated to a temperature at which vacuum separation is performed. Then, cooling is performed after vacuum separation, and the relationship between the time from the start of cooling and the temperature of the central portion is measured. Based on this measurement result,
The cooling time after vacuum separation is controlled.

【0032】さらに本発明では、不純物の濃度を一層低
減するため、還元工程および真空分離工程で用いれる反
応容器を、内側を炭素鋼とし外側をステンレス鋼として
構成されるクラッド鋼製にするのが望ましい。内側の炭
素鋼は溶融MgへのNi、Cr等の溶出を回避するために用い
るものであるから、JIS に規定する一般構造用圧延鋼材
(SS330 〜SS540 )、ボイラ及び圧力容器用炭素鋼(SB
410 〜SB480 )および圧力容器用鋼板(SPV315〜SPV49
0)等を採用すれば良い。一方、外側のステンレス鋼は
高温強度を確保する観点からオーステナイト系が好まし
く、JIS に規定するステンレス鋼板であるSUS304、SUS3
04L 、SUS310、SUS316、SUS316L およびSUS321等が用い
られる。
Further, in the present invention, in order to further reduce the concentration of impurities, the reaction vessel used in the reduction step and the vacuum separation step is made of clad steel having carbon steel on the inside and stainless steel on the outside. desirable. Since the inner carbon steel is used to avoid the elution of Ni, Cr, etc. into the molten Mg, rolled steel for general structures (SS330 to SS540) specified in JIS, carbon steel for boilers and pressure vessels (SB
410 to SB480) and steel plates for pressure vessels (SPV315 to SPV49)
0) etc. may be adopted. On the other hand, the outer stainless steel is preferably austenitic from the viewpoint of ensuring high-temperature strength, and is a stainless steel sheet SUS304, SUS3
04L, SUS310, SUS316, SUS316L and SUS321 are used.

【0033】スポンジチタン中心部分の整粒に関して
は、可能であれば、切断プレスでの切断のみとし、ジョ
ークラッシャーでの細粒化を省略することができる。目
標とする粒径は10〜 300mmであり、さらに好ましくは 2
00〜 300mmである。切断プレスのみでは、このような粒
径が確保できない場合に、ジョークラッシャーを用いて
細粒化すれば良い。極力、細粒化の工程を省略すること
によって、スポンジチタン中心部分の比表面積を小さく
し、大気雰囲気からの酸素汚染を防止することができ
る。
If possible, the sizing of the center of the titanium sponge can be performed only by cutting with a cutting press, and the grain refinement by a jaw crusher can be omitted. The target particle size is 10 to 300 mm, more preferably 2 to 300 mm.
00 to 300 mm. When such a particle size cannot be ensured only by the cutting press, the particle size may be reduced by using a jaw crusher. By omitting the step of grain refinement as much as possible, it is possible to reduce the specific surface area of the central portion of the titanium sponge and prevent oxygen contamination from the air atmosphere.

【0034】[0034]

【実施例】本発明の製造方法による効果を、具体的な実
施例に基づいて詳細に説明する。クラッド鋼製反応容器
(外側:SUS304Lステンレス鋼/内側:SS400炭素鋼)を用
いクロール法によって製造された、真空分離後の重量が
約6Tである円筒状スポンジチタン塊(寸法:高さH20
00mm×直径D1500mm)を製造した。真空分離終了後から
の冷却時間を管理して、スポンジチタン塊の中心部分が
所定の温度になると、反応容器から取り出して直ちに中
心部分を切断、採取した。
EXAMPLES The effects of the manufacturing method of the present invention will be described in detail based on specific examples. Cylindrical sponge titanium lump (dimensions: height H20) manufactured by a crawl method using a clad steel reaction vessel (outside: SUS304L stainless steel / inside: SS400 carbon steel) and having a weight of about 6 T after vacuum separation
00 mm x diameter D1500 mm). The cooling time after the completion of the vacuum separation was controlled, and when the central part of the titanium sponge mass reached a predetermined temperature, the central part was taken out of the reaction vessel and immediately cut and collected.

【0035】中心部の採取に際して、スポンジチタン塊
の底部から厚さが550mm(塊高さの28%)の部分と頂部
から厚さが250mm(塊高さの13%)の部分とを切断除去
し、さらに円筒状塊の円周部から厚さが350mm(塊直径
の23%)の部分を切断除去して、塊重量の20%に相当す
る中心部分(高さ1200mm×直径 800mm×重量1,200Kg に
相当)を取り出し、切断プレスで粒径10〜300mm に切断
して整粒した。
At the time of collecting the center, a portion having a thickness of 550 mm (28% of the height of the lump) from the bottom of the titanium sponge mass and a portion of a thickness of 250 mm (13% of the height of the lump) from the top are cut and removed. Then, 350mm (23% of the diameter of the lump) is cut off from the circumference of the cylindrical lump, and the center part (height: 1200mm x diameter: 800mm x weight: 1,200mm) corresponding to 20% of the lump weight (Equivalent to Kg) was taken out, cut by a cutting press to a particle size of 10 to 300 mm, and sized.

【0036】実施例では、冷却時間と中心部の温度との
関係を実測したデータから推定して、切断開始時のスポ
ンジチタン中心部分の温度を40℃(室温)〜200℃の範
囲で変化させた。中心部分を採取した後に、800〜2000K
gを採取して酸素含有量を測定し、その結果を表1に示
す。なお、その他の不純物としては、Fe、Ni、Cr、Al、
Siの含有量が10ppm以下、Na、Kの含有量が0.1ppm以下
であることを確認している。
In the embodiment, the temperature of the central portion of the sponge titanium at the start of cutting is changed in the range of 40 ° C. (room temperature) to 200 ° C. by estimating the relationship between the cooling time and the temperature of the central portion from the measured data. Was. After sampling the central part, 800-2000K
g was sampled and the oxygen content was measured. The results are shown in Table 1. In addition, as other impurities, Fe, Ni, Cr, Al,
It has been confirmed that the content of Si is 10 ppm or less and the content of Na and K is 0.1 ppm or less.

【0037】[0037]

【表1】 [Table 1]

【0038】表1の結果から明らかなように、発明例
(No.A〜C)では反応容器からの取り出し時にスポン
ジチタン中心部の温度が100℃以下となっているため、
含有される酸素濃度はいずれも200ppm以下であった。比
較例のNo.Dは中心部の温度が100℃で管理したが、切断
加工に伴って温度上昇があり、実質的に100℃を超え、
酸素濃度は207ppmと増加が見られた。
As is clear from the results in Table 1, in the invention examples (Nos. A to C), the temperature at the center of the titanium sponge was 100 ° C. or less when the sponge was taken out of the reaction vessel.
The concentration of oxygen contained in each case was 200 ppm or less. In Comparative Example No. D, the temperature at the center was controlled at 100 ° C., but there was a rise in temperature along with the cutting, which substantially exceeded 100 ° C.
The oxygen concentration increased to 207 ppm.

【0039】[0039]

【発明の効果】本発明の低酸素高純度チタン材の製造方
法によれば、反応容器から取り出す段階における円筒状
のスポンジチタンの中心部分の温度を制御することによ
って、スパッタリング用ターゲットの作製に適する、酸
素濃度が200ppm以下の低酸素高純度チタンを製造するこ
とができる。
According to the method for producing a low-oxygen high-purity titanium material of the present invention, by controlling the temperature of the central portion of the cylindrical titanium sponge at the stage of taking it out of the reaction vessel, it is suitable for producing a sputtering target. In addition, low-oxygen high-purity titanium having an oxygen concentration of 200 ppm or less can be produced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】クロール法によるスポンジチタンの製造工程を
還元〜真空分離〜破砕に沿って説明する図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating a production process of titanium sponge by the Kroll method in the order of reduction, vacuum separation, and crushing.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…還元炉、 2…ノズル、 3…反応容器 4…真空分離炉、 5…凝縮器 6…切断プレス DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Reduction furnace, 2 ... Nozzle, 3 ... Reaction vessel 4 ... Vacuum separation furnace, 5 ... Condenser 6 ... Cutting press

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−25527(JP,A) 特開 平9−104931(JP,A) 特開 平10−259432(JP,A) 特開 平7−258765(JP,A) 特開 平9−287035(JP,A) 特開 平9−272928(JP,A) 特開 平7−41881(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22B 34/12 103 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-10-25527 (JP, A) JP-A-9-104931 (JP, A) JP-A-10-259432 (JP, A) JP-A-7-107 258765 (JP, A) JP-A-9-287035 (JP, A) JP-A-9-272928 (JP, A) JP-A-7-41881 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) C22B 34/12 103

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】クロール法によって製造されたスポンジチ
タンの底部から厚さが塊高さの25%以上の部分と頂部か
ら厚さが塊高さの10%以上の部分とを切断除去し、かつ
円筒状塊の円周部から厚さが塊直径の18%以上の円周部
分を切断除去して、スポンジチタン塊重量の30%未満に
相当する中心部分を採取して高純度チタン材を製造する
方法であって、前記スポンジチタンの中心部分の温度が
100℃以下になるまで冷却した後、スポンジチタンの中
心部分を切断することを特徴とする酸素濃度が200ppm以
下で、Fe、Ni、Cr、AlおよびSiを10ppm以下並びにNaお
よびKを0.1ppm以下含有する高純度チタン材の製造方
(1) cutting and removing a portion having a thickness of 25% or more from the bottom and a portion having a thickness of 10% or more from the top from the bottom of titanium sponge produced by the Kroll method, and Producing high-purity titanium material by cutting and removing from the circumference of the cylindrical lump the circumference part with a thickness of 18% or more of the lump diameter and collecting the central part corresponding to less than 30% of the weight of the titanium sponge lump The temperature of the central portion of the titanium sponge is
After cooled to 100 ° C. or less, the oxygen concentration is 200ppm or less, characterized in that cutting the central portion of the titanium sponge
Below, Fe, Ni, Cr, Al and Si are reduced to 10 ppm or less and Na and
Of high purity titanium material containing 0.1ppm or less of K and K
Law .
【請求項2】クロール法によって製造されたスポンジチ
タンの底部から厚さが塊高さの25%以上の部分と頂部か
ら厚さが塊高さの10%以上の部分とを切断除去し、かつ
円筒状塊の円周部から厚さが塊直径の18%以上の円周部
分を切断除去して、スポンジチタン塊重量の30%未満に
相当する中心部分を採取して高純度チタン材を製造する
方法であって、前記スポンジチタンの中心部分の温度が
60℃以下になるまで冷却した後、スポンジチタンの中心
部分を切断することを特徴とする酸素濃度が200ppm以下
で、Fe、Ni、Cr、AlおよびSiを10ppm以下並びにNaおよ
びKを0.1ppm以下含有する高純度チタン材の製造方法。
2. The sponge titanium produced by the Kroll method is cut and removed from a bottom portion having a thickness of 25% or more of the lump height and a top portion having a thickness of 10% or more of the lump height from the top, and Producing high-purity titanium material by cutting and removing from the circumference of the cylindrical lump the circumference part with a thickness of 18% or more of the lump diameter and collecting the central part corresponding to less than 30% of the weight of the titanium sponge lump The temperature of the central portion of the titanium sponge is
After cooling down to 60 ° C or less, cut the central part of titanium sponge.The oxygen concentration is 200ppm or less.
Fe, Ni, Cr, Al and Si by 10 ppm or less and Na and
Of high purity titanium material containing 0.1 ppm or less of K and K.
【請求項3】反応容器内でスポンジチタンの上記中心部
分の温度が100℃以下になるまで冷却した後、反応容器
から取り出してスポンジチタンの中心部を切断すること
を特徴とする請求項1または請求項2に記載の高純度チ
タン材の製造方法。
3. The method according to claim 1, wherein after cooling the temperature of the central part of the titanium sponge in the reaction vessel to 100 ° C. or lower, the titanium sponge is taken out of the reaction vessel and the central part of the titanium sponge is cut. The method for producing a high- purity titanium material according to claim 2.
【請求項4】反応容器内でスポンジチタンの上記中心部
分の温度が60℃以下になるまで冷却した後、反応容器か
ら取り出してスポンジチタンの中心部を切断することを
特徴とする請求項1または請求項2に記載の高純度チタ
ン材の製造方法。
4. The method according to claim 1, wherein after cooling the temperature of the central part of the titanium sponge in the reaction vessel to 60 ° C. or less, the titanium sponge is taken out of the reaction vessel and cut at the central part. The method for producing a high- purity titanium material according to claim 2.
【請求項5】上記反応容器がクラッド鋼で構成されるこ
とを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載
の高純度チタン材の製造方法。
5. The method according to claim 1, wherein the reaction vessel is made of clad steel.
Production method of high purity titanium material.
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