KR102476165B1 - Method for producing copper target for thin film coating technology by sputtering through hot extusion process - Google Patents

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Abstract

열간 압출 공정을 통해 스퍼터링에 의한 박막 코팅 기술용 구리 타겟을 제조하는 방법이 개시된다. 구리 타겟을 제조하는 방법은 구리 잉곳을 압출 다이를 통해 물 터널(water tunnel)로 열간 압출하는 단계; 상기 열간 압출 후에 상기 구리 잉곳을 냉간 드로잉하는 단계; 및 상기 냉간 드로잉된 구리 잉곳을 스트레칭하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a copper target for thin film coating technology by sputtering through a hot extrusion process is disclosed. A method of manufacturing a copper target includes hot extruding a copper ingot through an extrusion die into a water tunnel; cold drawing the copper ingot after the hot extrusion; and stretching the cold-drawn copper ingot.

Description

열간 압출 공정을 통해 스퍼터링에 의한 박막 코팅 기술용 구리 타겟을 제조하는 방법{METHOD FOR PRODUCING COPPER TARGET FOR THIN FILM COATING TECHNOLOGY BY SPUTTERING THROUGH HOT EXTUSION PROCESS}Method for manufacturing copper target for thin film coating technology by sputtering through hot extrusion process

아래 실시예들은 열간 압출 공정을 통해 스퍼터링에 의한 박막 코팅 기술용 구리 타겟을 제조하는 방법에 관한 것이다.The examples below relate to a method of manufacturing a copper target for thin film coating technology by sputtering through a hot extrusion process.

현재, 대부분 코팅은 전기도금(Electroplating)과 같은 화학적 방법을 사용한다. 그러나, 이 방법은 코팅의 품질이 낮고, 환경적인 문제가 있어서 진공 코팅(vacuum coating)과 같은 새로운 코팅 기술의 연구 및 개발에 대한 단점이 있다. 진공 코팅은 진공(진공 상태)에서만 일어나며 코팅 공정에서 환경 문제를 유발하는 화학 물질을 사용하지 않는다. 또한, 이것은 "박막(Thin film)"으로 알려진 매우 얇게 코팅될 수 있다. "박막"은 두께가 5 미크론(micron)을 초과하지 않는 막(film)이다.Currently, most coatings use chemical methods such as electroplating. However, this method has disadvantages in the research and development of new coating technologies such as vacuum coating due to low coating quality and environmental problems. Vacuum coating takes place only in a vacuum (vacuum state) and does not use chemicals that cause environmental problems in the coating process. It can also be coated very thinly, known as "thin film". A “thin film” is a film that does not exceed 5 microns in thickness.

진공에서 박막 코팅은 두 가지 유형, 예를 들어 화학적 공정에 의한 박막 코팅 및 물리적 공정에 의한 박막 코팅으로 구분된다.Thin film coating in vacuum is divided into two types: thin film coating by chemical process and thin film coating by physical process.

1. 화학기상증착공정(Chemical Vapor De위치 Process(CVD))는 기체 및 화학 반응의 화학적 코팅으로, 플라즈마 CVD 및 레이저 CVD 방법과 같이 기판 재료에 새로운 코팅이 된다.1. The chemical vapor deposition process (Chemical Vapor Deposition Process (CVD)) is a chemical coating of gas and chemical reactions, and becomes a new coating on the substrate material like plasma CVD and laser CVD methods.

2. 물리기상증착공정(Physical Vapor De위치 Process(PVD))은 코팅의 원자가 표면에서 제거된 다음에 기판 재료의 표면으로 확산되거나 분산되는 공정으로, 증발(Evaporation) 및 스퍼터링(Sputtering) 방법이 이와 같다.2. Physical Vapor Deposition Process (PVD) is a process in which the atoms of the coating are removed from the surface and then diffused or dispersed to the surface of the substrate material. Evaporation and sputtering methods are the same. same.

스퍼터링 기술은 일부 필름 제품의 연구 및 개발에 대해 가장 적합한 진공 필름 코팅 기술 중 하나이다. 이 공정은 막, 금속, 합금 유리(alloy glass), 세라믹 또는 반도체 막과 같은 다양한 막 코팅을 사용한다. 막의 두께는 정확하게 제어될 수 있고, 막의 특성은 조정될 수 있다. 마이크로 일렉트로닉스, 반도체, 막, 도체 및 막 저항기, 하드 디스크 드라이브, 자동차 유리, 광섬유 빌딩, 광전지 TV 화면 및 모바일 스크린과 같은 산업에서 스퍼터링 기술을 사용한다.Sputtering technology is one of the most suitable vacuum film coating technologies for research and development of some film products. This process uses a variety of film coatings such as film, metal, alloy glass, ceramic or semiconductor films. The thickness of the film can be accurately controlled, and the properties of the film can be adjusted. Industries such as microelectronics, semiconductors, membranes, conductors and film resistors, hard disk drives, automotive glass, fiber optic building, photovoltaic TV screens and mobile screens use sputtering technology.

도 1 내지 도 4는 스퍼터링 공정을 설명하기 위한 도면이다.1 to 4 are views for explaining a sputtering process.

스퍼터링 공정은 코팅으로부터 공기 질량(air mass)을 흡수하여 코팅 룸(coating room)에서 대기(atmosphere) 생성에서 시작된다. 압력이 1×10-6 밀리그램을 초과하지 않도록 조절하고, 다음에 아르곤과 같은 불활성 가스(inert gas)를 코팅에 적절한 압력으로 부가한다. 그런 다음, 자기장(magnetic field)으로 아르곤 가스의 이온을 형성하여 코팅을 시작한다. 그리고, 전기장(electric field)은 이온(아르곤 가스의 이온)을 타겟 표면과 충돌시켜서 타겟 표면 상의 코팅 입자들(타겟의 금속 원자들)이 워크피스의 표면 상으로 스플래쉬하여 원하는 대로 박막을 형성하도록 한다.The sputtering process begins with the creation of an atmosphere in the coating room by absorbing air mass from the coating. The pressure is adjusted so that it does not exceed 1×10 −6 milligrams, and then an inert gas such as argon is added at an appropriate pressure to the coating. Then, the coating is started by forming ions of argon gas with a magnetic field. Then, an electric field causes ions (ions of argon gas) to collide with the target surface so that the coating particles (metal atoms of the target) on the target surface splash onto the surface of the workpiece to form a thin film as desired. .

과거에, 1958 스퍼터링 공정은 반도체 재료(semiconductor property)의 표면 층에 타겟 재료로 알루미늄(Al) 금속을 사용하였다(특허 US5598285 액정 디스플레이 장치 참조). 알루미늄의 저항이 최저가 아니지만, 기술의 한계 때문에 알루미늄이 사용되었다.In the past, the 1958 sputtering process used aluminum (Al) metal as a target material for a surface layer of semiconductor properties (see patent US5598285 liquid crystal display device). Although aluminum's resistance is not the lowest, aluminum was used because of technology limitations.

그러나, 1980년대 IBM의 개발로, 구리(Cu) 및 은(Ag)이 타겟 금속으로 사용되었다. 두 금속의 저항이 알루미늄보다 훨씬 낮고, 알루미늄보다 전자이동(electromigration) 저항이 더 좋기 때문이다(Handbook of Thin Film De위치, P. 193-195).However, with IBM's development in the 1980s, copper (Cu) and silver (Ag) were used as target metals. This is because the resistance of the two metals is much lower than that of aluminum, and the resistance to electromigration is better than that of aluminum (Handbook of Thin Film De location, P. 193-195).

박막의 품질은 챔버 내 대기압과 같은 스퍼터링 기계의 작동 조건, 사용된 가스 유형을 포함하여 타겟 물질(target material)에 부딪칠 가스 이온의 수(number)에 따라 달라진다. 박막의 품질은 또한 타겟 물질의 성질에 달려있다. 스퍼터링 중 품질(박막의 품질)에 직접 영향을 주는 타겟 물질의 특성은 다음과 같다: The quality of the film depends on the operating conditions of the sputtering machine, such as atmospheric pressure in the chamber, and the number of gas ions that will hit the target material, including the type of gas used. The quality of the thin film also depends on the nature of the target material. The properties of the target material that directly affect the quality (thin film quality) during sputtering are:

1. 타겟 물질의 정제1. Purification of the target substance

2. 유전체 함유량: 산화물(Al 타겟의 경우 Al2O3, Cu 타겟의 경우 CuO)2. Dielectric content: Oxide (Al 2 O 3 for Al targets, CuO for Cu targets)

3. 스퍼터링 중 가스로 인한 다공성, 공극 부피3. Porosity due to gas during sputtering, void volume

4. 타겟 물질의 입자 크기4. Particle size of target material

5. 타겟 물질의 표면 거칠기5. Surface roughness of the target material

6. 타겟 물질의 기계적 강도 또는 경도6. Mechanical strength or hardness of the target material

종래에는, 타겟 물질의 특성에 영향을 미치는 물질의 특성, 생산 방법 및 생산 조건에 대한 많은 연구가 있었다. 종래 연구는 다음과 같이 요약될 수 있다.Conventionally, there have been many studies on the properties of materials, production methods and production conditions that affect the properties of target materials. Prior studies can be summarized as follows.

(1) 특허 US 2000-6139701(어플라이드 머티리얼즈)(1) Patent US 2000-6139701 (Applied Materials)

경도가 45 로크웰 이상인 구리 타겟은 소프트 구리 타겟 또는 경도가 낮은 것 보다 스플랫(splat)을 더 적게 생산할 것이다. 최고 75 로크웰의 높은 경도를 가지는 구리 타겟의 테스트도 동일한 효과를 보인다. 증가된 경도는 적은 스플랫을 발생한다. 경도의 제어를 위해, 입자 크기(구리 입자 크기)가 50 미크론 미만이어야 한다(입자 크기가 25 미크론 미만인 경우가 보다 바람직함). 입자 크기가 단조(forging), 압연(rolling) 및 기타 가공과 같은 기술에 의해서 더 작아지는 경우, 경도가 증가될 것이다. 반면에, 입자 크기가 큰 구리 스퍼터링 타겟 물질은 높은 표면 거칠기 및 강도 감소에 영향을 미친다.A copper target with a hardness of 45 Rockwell or greater will produce fewer splats than a soft copper target or a lower hardness. Tests of copper targets with high hardness up to 75 Rockwell show the same effect. Increased hardness results in less splat. For hardness control, the particle size (copper particle size) should be less than 50 microns (more preferably less than 25 microns). When the particle size is made smaller by techniques such as forging, rolling and other processing, the hardness will increase. On the other hand, the copper sputtering target material with large grain size affects high surface roughness and strength reduction.

(2) 특허 US 2004-6746553 (허니웰 인터내셔널)(2) Patent US 2004-6746553 (Honeywell International)

스퍼터링 방법에 의해 기판 상에 형성된 박막의 품질은 타겟 물질의 표면 거칠기에 의존한다. 타겟 표면으로부터 돌출한 임의의 것(예를 들어, 돌출부)은 스퍼터링 동안에 비정상적인 방전(electrical discharge)을 초래한다. 때때로, 이는 마이크로-아킹(micro-arcing)이라 불리우며, 큰 입자(매크로-입자)가 타겟 표면으로부터 스캐터링-아웃되어서(예를 들어, 바깥으로 흩트러져) 기판 상에 증착되게 한다. 막 층의 큰 입자는 반도체 장치에 단락(short circuit)을 일으킬 수 있다. 증착된 큰 입자를 "파티클(Particles)" 또는 "스플랫(splats)"이라고 한다. 해당 특허는 표면 거칠기가 타겟의 입자 크기와 관련이 있음을 밝혀 냈다. 타겟의 입자 크기가 작고 미세하게 변하면, 그것은 표면을 더 매끄럽게 할 것이다(표면이 더 매끄러워질 것이다). 따라서, "파티클"의 문제를 방지하기 위해 타겟에서 입자 크기를 감소시키는 것도 가능하다. 작은 입자 크기를 가지는 타겟에 의해 생성된 박막의 품질은 큰 입자 크기에 의한 것보다 좋다. 해당 특허에서는, 단조 공정(forgoing process)을 이용하여 타겟 물질을 형성할 때 입자 크기 감소 및 변화를 개시한다.The quality of a thin film formed on a substrate by the sputtering method depends on the surface roughness of the target material. Anything that protrudes from the target surface (e.g., a protrusion) results in an electrical discharge during sputtering. Sometimes this is called micro-arcing, and causes large particles (macro-particles) to scatter-out (eg, scatter out) from the target surface and deposit on the substrate. Large particles in the film layer may cause a short circuit in the semiconductor device. Large deposited particles are referred to as “particles” or “splats”. The patent found that surface roughness is related to the particle size of the target. When the particle size of the target is small and finely varied, it will make the surface smoother (the surface will become smoother). Therefore, it is also possible to reduce the particle size in the target to avoid the problem of "particles". The quality of thin films produced by targets with small particle sizes is better than that with larger particle sizes. The patent discloses particle size reduction and change when forming a target material using a forgoing process.

(3) 특허 JP 2010-065252(미츠비시 머티리얼)(3) Patent JP 2010-065252 (Mitsubishi Material)

구리 타겟 물질은 적어도 99.99%의 순도를 가져야 하며 다축 단조 공정(multi-axial forgoing process)에 의해서 입자 크기가 20 미크론 미만이어야 한다.The copper target material must have a purity of at least 99.99% and have a grain size of less than 20 microns by a multi-axial forgoing process.

(4) 특허 JP-A 11-158614(4) Patent JP-A 11-158614

구리 타겟은 평균 입자 크기가 80 미크론 미만으로, 이는 코어스(coarse) 클러스터 및 비정상적인 방전 문제를 감소시킨다. 더 작은 입자 크기의 결과는 구리 타겟 생산 공정의 재결정 메커니즘(recrystallization mechanism)에서 비롯된다.The copper target has an average grain size of less than 80 microns, which reduces problems with coarse clusters and abnormal discharge. The smaller grain size result comes from the recrystallization mechanism of the copper target production process.

(5) 특허 US 2011/0139615(히타치 케이블)(5) Patent US 2011/0139615 (Hitachi cable)

큰 입자 크기로 인한 높은 표면 거칠기 및 작은 입자 크기로 인한 낮은 표면 거칠기에 관한 것이다. 냉간 압연 공정(cold rolling process)에서 성형의 양(예를 들어, 가공도)을 높이면 작은 입자 크기에 영향을 미칠 것이다. 냉간 가공율(Cold work reduction)은 냉간 압연 공정에서 40-70% 사이로 입자 크기가 30-100 미크론을 얻는다. 구리 타겟은 가열 처리되어 재결정 메커니즘을 발생한다. 재결정 입자 크기는 열처리 온도에 따라 증가한다. 열처리 온도는 300-400°C 사이이다(권장). 열처리 온도가 400°C보다 높으면, 입자 크기가 더 커질 것이다. 열처리 온도가 300℃ 미만인 동안에는, 재결정을 얻을 수 없다. 이 연구에서 구리 타겟 생산 공정은 다음과 같다.High surface roughness due to large grain size and low surface roughness due to small grain size. Increasing the amount of forming (eg workability) in the cold rolling process will affect the small grain size. Cold work reduction is between 40-70% in the cold rolling process to obtain a grain size of 30-100 microns. The copper target is heat treated to generate a recrystallization mechanism. The recrystallized grain size increases with heat treatment temperature. Heat treatment temperature is between 300-400°C (recommended). When the heat treatment temperature is higher than 400°C, the grain size will be larger. Recrystallization cannot be obtained while the heat treatment temperature is less than 300°C. The copper target production process in this study is as follows.

주조(Casting) → 열간 압연(Hot Rolling) → 냉간 압연(Cold Rolling) → 열처리 → 마무리 압연Casting → Hot Rolling → Cold Rolling → Heat Treatment → Finish Rolling

(6) 특허 JP 2012-046771(후루카와 전기)(6) Patent JP 2012-046771 (Furukawa Electric)

열간 가공(hot working) 전의 온도 제어에 따라 구리 타겟을 생산한다. 50-200 미크론 범위의 입자 크기를 제어하기 위해, 열간 압연율(%reduction in hot rolling) 및 마무리 압연 후의 냉각 속도를 제어한다. 이 연구에서 구리 타겟 생산 공정은 다음과 같다.A copper target is produced according to temperature control before hot working. In order to control the grain size in the range of 50-200 microns, the % reduction in hot rolling and the cooling rate after finish rolling are controlled. The copper target production process in this study is as follows.

Cu= 99.99 % 이상인 구리 슬래브 → 열간 압연 → 냉간 가공 → 열처리.Copper slab with Cu=99.99% or more → hot rolling → cold working → heat treatment.

구리 슬래브는 열간 압연 공정 전에 700-1,000°C로 가열된다. 각 패스의 열간 압연율을 5-30%로 한다. 최종 압연의 마지막 패스의 압연율은 10-25 %이다. 구리는 최종 열간 압연 후 60초 이내에 적어도 50℃/초의 냉각 속도로 냉각된다.The copper slab is heated to 700-1000°C before the hot rolling process. The hot rolling rate of each pass is 5-30%. The rolling ratio of the last pass of final rolling is 10-25%. The copper is cooled at a cooling rate of at least 50° C./sec within 60 seconds after the final hot rolling.

(7) 특허 JP 2012-4974197(후루카와 전기)(7) Patent JP 2012-4974197 (Furukawa Electric)

입자 크기는 스퍼터링 특성에 영향을 준다. 해당 특허에서, 입자 크기는 100-200 미크론이고, 110-190 미크론이 바람직하고, 120-180 미크론이 더욱 바람직하다. 입자가 작으면, 입자 경계가 증가한다. 경계 층의 입자 또는 원자가 교란된다. 코팅의 원자는 스퍼터링 공정 동안 구리 타겟으로부터 제거되고, 기판 물질로 불규칙하게 (이종) 확산된다. 큰 입자 크기의 스퍼터링을 위해서는 높은 에너지를 필요로 하기 때문에, 결과적으로 코어스 클러스터의 형성 및 불균일한 필름 코팅이 형성된다. 이 특허에서 구리 타겟은 열간 압연 공정과 열간 압출 공정이라는 두 가지 열간 가공 공정에 의해서 생산된다. 생산 공정은 다음과 같다.Particle size affects sputtering properties. In that patent, the particle size is 100-200 microns, preferably 110-190 microns, more preferably 120-180 microns. When the particles are small, the grain boundaries increase. Particles or atoms in the boundary layer are disturbed. The atoms of the coating are removed from the copper target during the sputtering process and diffuse randomly (heterogeneously) into the substrate material. Since high energy is required for large particle size sputtering, the result is the formation of coarse clusters and non-uniform film coating. In this patent, the copper target is produced by two hot working processes: a hot rolling process and a hot extrusion process. The production process is as follows.

구리 잉곳(Cu = 99.99% 이상) → 가열(온도= 700-1,050°C) → 열간 압연 또는 열간 압출 → 수냉(냉각 속도= 50°C/초 이상) → 냉간 압연Copper ingot (Cu = 99.99% or more) → heating (temperature = 700-1,050°C) → hot rolling or hot extrusion → water cooling (cooling rate = 50°C/second or more) → cold rolling

열간 압연 공정의 경우: 구리 케이크(두께 150 x 너비 220 mm) → 약 1,000°C의 온도에서 가열 → 열간 압연(멀티-패스 사용) → 열간 압연의 마지막 패스에서 냉각(냉각 속도= 50°C/초 60초 이내) → 구리 평판(두께 23 x 너비 220mm) → 가공 표면 산화물(0.5mm/side) → 구리 평판(두께 22 x 너비 220mm) → 냉간 압연 → 구리 평판(두께 20 x 너비 200mm)For the hot rolling process: copper cake (thickness 150 x width 220 mm) → heating at a temperature of about 1,000 °C → hot rolling (using multi-pass) → cooling in the last pass of hot rolling (cooling rate = 50 °C/ within 60 seconds) → Copper plate (thickness 23 x width 220mm) → Machining surface oxide (0.5mm/side) → Copper plate (thickness 22 x width 220mm) → Cold rolling → Copper plate (thickness 20 x width 200mm)

열간 압출 공정의 경우: 구리 잉곳(직경 300 mm x 길이 800 mm) → 약 1,000°C 온도에서 가열 → 열간 압출 → 수냉(냉각 속도= 20 초 내에 100°C/초 이상) → 구리 평판(두꺼운 22 x 너비 200 mm) → 냉간 압연 → 구리 평판(두께 20 x 너비 200 mm)For the hot extrusion process: copper ingot (diameter 300 mm x length 800 mm) → heating at a temperature of about 1,000 °C → hot extrusion → water cooling (cooling rate = 100 °C/sec or more in 20 seconds) → copper plate (thick 22 x width 200 mm) → cold rolled → copper plate (thickness 20 x width 200 mm)

결과는 열간 압연 및 열간 압출의 입자 크기 모두가 원하는 치수로 제어될 수 있음을 보여주었다. 그러나, 압출 공정의 구리의 입자 크기의 균일성(길이에 따른 헤드-엔드 위치 및 폭에 따른 중앙-가장자리 위치)이 열간 압연 공정보다 작다.The results showed that the particle size of both hot rolling and hot extrusion can be controlled to desired dimensions. However, the uniformity of grain size of copper in the extrusion process (head-end position along the length and center-edge position along the width) is smaller than that in the hot rolling process.

(8) 특허 JP 2012-4974198(후루카와 전기)(8) Patent JP 2012-4974198 (Furukawa Electric)

해당 특허를 조사한 후, 입자의 균일성에 대해 더 많이 연구하고 있다. 해당 특허에서, 열간 압연으로 가공하는 동안 동적 재결정이 발생한다는 것을 발견했다. 구리 타겟이 대기에서 냉각되면, 구리 타겟의 너비와 길이에 걸쳐 불규칙한 입자 크기 문제가 발생한다. 해당 특허에서, 입자 크기는 50℃/초 이상의 냉각 속도에서 수냉(water cooling)에 의해 제어된다. 열간 압연 공정, 구리 타겟은 60초 이내에 물에서 냉각된다. 열간 압출 공정에서, 구리 타겟은 압출 다이를 통해 프레스한 후 10초 이내에 물로 냉각된다. 두께의 1/2 및 1/4에서의 입자 크기는 100-200 미크론(+/- 10 미크론)이다. 생산 과정은 다음과 같다.After researching the patent, we are working more on particle uniformity. In that patent, it was found that dynamic recrystallization occurs during processing by hot rolling. When the copper target is cooled in the atmosphere, the problem of grain size irregularities across the width and length of the copper target arises. In that patent, the particle size is controlled by water cooling at a cooling rate of 50° C./sec or higher. Hot rolling process, the copper target is cooled in water within 60 seconds. In the hot extrusion process, the copper target is cooled with water within 10 seconds after being pressed through an extrusion die. The particle size at 1/2 and 1/4 thickness is 100-200 microns (+/- 10 microns). The production process is as follows.

주조 → 열간 압연 또는 열간 압출 → 냉간 압연 → 열처리(냉간 압연 및 열처리가 반복될 수 있음)Casting → hot rolling or hot extrusion → cold rolling → heat treatment (cold rolling and heat treatment can be repeated)

(9) 특허 JP 2013-019010(후루카와 전기)(9) Patent JP 2013-019010 (Furukawa Electric)

스퍼터링 공정에서 비정상적인 방전을 줄이기 위해, 스퍼터링 타겟 물질은 적어도 99.99%의 구리 순도를 포함해야 하며, 공극 및 혼입(inclusion) 결함은 30 미크론을 초과하지 않아야 하며, 결함은 10 개/m2 초과하지 않아야 하고, 50-200 미크론 범위의 입자 크기 및 60-100 HV 범위의 경도를 가져야 한다. 생산 과정은 다음과 같다.In order to reduce abnormal discharge in the sputtering process, the sputtering target material should contain copper purity of at least 99.99%, and the voids and inclusion defects should not exceed 30 microns, and the defects should not exceed 10 pieces/m 2 and must have a particle size in the range of 50-200 microns and a hardness in the range of 60-100 HV. The production process is as follows.

구리 슬래브(Cu = 99.99% 이상) → 700-1,000°C에서 가열 → 열간 압연(열간 가공율 총합=20% 이상이고, 최종 열간 압연에서 열간 가공율= 400-600°C에서 10% 이상) → 열간 압엽의 마지막 패스에서 수냉(냉각 속도= 50°C/초 이상) → 산화물 표면 가공 → 냉간 압연Copper slab (Cu = 99.99% or more) → heating at 700-1,000°C → hot rolling (sum of hot working rate = 20% or more, hot working rate in final hot rolling = 10% or more at 400-600°C) → Water cooling in the last pass of hot rolling (cooling rate = 50°C/sec or more) → oxide surface machining → cold rolling

(10) 특허 JP 2013-133491(히타치 케이블)(10) Patent JP 2013-133491 (Hitachi Cable)

구리 타겟은 99.9% 이상의 구리 순도 및 100-200 미크론 범위의 입자 크기를 포함해야 한다. 생산 과정은 다음과 같다.The copper target should contain greater than 99.9% copper purity and a particle size in the range of 100-200 microns. The production process is as follows.

OF 구리 슬래브(Cu = 99.9% 이상) → 열간 압연 → 냉간 압연(냉간 가공율= 5-30 %)OF copper slab (Cu = 99.9% or more) → hot rolling → cold rolling (cold working ratio = 5-30 %)

(11) 특허 JP 2014-025129(SH 카퍼 프러덕트(히타치))(11) Patent JP 2014-025129 (SH Copper Products (Hitachi))

구리 타겟은 순도 99.9 % 이상의 순도 및 70-200 미크론 및 100-150 미크론 범위의 입도의 OF 등급 구리여야 한다. 생산 과정은 다음과 같다.The copper target shall be OF grade copper with a purity greater than 99.9% and a grain size in the range of 70-200 microns and 100-150 microns. The production process is as follows.

OF 구리 슬래브(Cu = 99.9 % 이상) → 800-900°C에서 가열 → 열간 압연 (두께 감소율= 85-90 % 및 열간 압연 공정 후 온도= 600-700°C)OF copper slab (Cu = 99.9% or more) → heating at 800-900°C → hot rolling (thickness reduction = 85-90% and temperature after hot rolling process = 600-700°C)

(12) 특허 JP 2015-017299(SH 카퍼 프러덕트(히타치))(12) Patent JP 2015-017299 (SH Copper Products (Hitachi))

구리 타겟은 적어도 99.9 %의 순도 및 70-200 미크론 및 100-150 미크론 범위의 입자 크기의 OF 등급 구리여야 한다. 생산 과정은 다음과 같다.The copper target should be OF grade copper with a purity of at least 99.9% and a grain size in the range of 70-200 microns and 100-150 microns. The production process is as follows.

OF 구리 슬래브(Cu = 99.9 % 이상) → 800-900°C에서 가열 → 열간 압연(두께 감소율= 85-90 %, 열간 압연 후 온도= 600-650°C) → 냉간 압연 → 열처리(냉간 압연 및 열처리가 반복 될 수 있음) → 냉간 압연 완료(가공율= 5-7 %)OF copper slab (Cu = 99.9% or more) → heating at 800-900°C → hot rolling (thickness reduction rate = 85-90%, temperature after hot rolling = 600-650°C) → cold rolling → heat treatment (cold rolling and Heat treatment can be repeated) → Complete cold rolling (working rate = 5-7%)

종래의 연구에 따르면, 대부분의 구리 타겟 공정은 1) 단조(Forging) 2) 열간 압연(Hot Rolling) 및 3) 열간 압출(Hot Extrusion)이라는 것이 밝혀졌다. 일반적으로, 단조 공정은 소량의 구리 타겟을 생성한다. 따라서, 대부분의 구리 타겟은 소형 또는 대형 구리 타겟을 생산할 수 있기 때문에 열간 압연 또는 열간 압출 공정으로 생산된다. 그러나, 현재 인기있는 것은 열간 압연 공정에 의해 생산된다.According to prior studies, it has been found that most copper target processes are 1) Forging 2) Hot Rolling and 3) Hot Extrusion. Generally, the forging process produces a small amount of copper target. Therefore, most of the copper targets are produced by hot rolling or hot extrusion processes because they can produce small or large copper targets. However, the currently popular ones are produced by the hot rolling process.

열간 압출에 의한 구리 타겟 연구는 최근 수년간 수행되었다(2012 년 Furukawa Electric). 열간 압연 공정과 열간 압출 공정의 구리 타겟 생산을 비교하면, 열간 압출 공정에 의한 구리 타겟의 생산 공정이 열간 압연 공정보다 적다는 것을 발견했다.Research on copper targets by hot extrusion has been conducted in recent years (Furukawa Electric, 2012). Comparing the copper target production of the hot rolling process and the hot extrusion process, it was found that the production process of the copper target by the hot extrusion process was less than that of the hot rolling process.

열간 압연 공정에 의한 구리 타겟 생산 공정:Copper target production process by hot rolling process:

1) 구리 슬래브 → 2) 1,000°C에서 가열 → 3) 열간 압연(멀티-패스) → 4) 수냉 → 5) 구리 평판 → 6) 옥사이드 표면 가공 → 7) 구리 평판 → 8) 냉간 압연 → 9) 열처리 → 10) 구리 타겟(참고 : 단계 8 및 9는 원하는 크기로 재현될 수 있음)1) Copper slab → 2) Heating at 1,000°C → 3) Hot rolling (multi-pass) → 4) Water cooling → 5) Copper plate → 6) Oxide surface treatment → 7) Copper plate → 8) Cold rolling → 9) Heat treatment → 10) copper target (note: steps 8 and 9 can be reproduced to any desired size)

열간 압출 공정에 의한 구리 타겟 생산 공정:Copper target production process by hot extrusion process:

1) 구리 잉곳 → 2) 1,000°C에서 가열 → 3) 열간 압출 (단일 패스 만) → 4) 수냉 → 5) 구리 평판 → 5) 냉간 압연 또는 냉간 드로잉 → 6) 구리 타겟1) Copper ingot → 2) Heating at 1,000°C → 3) Hot extrusion (single pass only) → 4) Water cooling → 5) Copper plate → 5) Cold rolling or cold drawing → 6) Copper target

또한, 후루카와 전기(JP 2012-4974197 및 JP 42012-974198)의 특허는 특히 열간 압연과 열간 압출 간의 입자 크기 비교 측면에서 구리 타겟의 특성을 연구했다. 연구에 따르면 열간 압연 및 열간 압출의 입도는 원하는 크기로 제어할 수 있다. 그러나, 압출 공정의 구리 입자 크기의 균일성(길이에 따른 헤드-엔드 위치 및 폭에 따른 중앙-가장자리 위치)이 열간 압연 공정보다 작다. 이것은 열간 압출 공정이 열간 압연 공정보다 입자 크기가 더 균일하다는 것을 의미한다.In addition, the patents of Furukawa Electric (JP 2012-4974197 and JP 42012-974198) studied the properties of copper targets, especially in terms of grain size comparison between hot rolling and hot extrusion. Studies have shown that the grain size of hot rolling and hot extrusion can be controlled to the desired size. However, the copper grain size uniformity (head-end location along length and center-edge location along width) of the extrusion process is smaller than that of the hot rolling process. This means that the hot extrusion process has a more uniform particle size than the hot rolling process.

또한, 다양한 연구 결과에 따르면, 타겟의 표면 거칠기는 스퍼터링 중 비정상적인 방전과 관련이 있으며, 이는 "파티클" 또는 "스플랫"로 알려진 문제를 초래한다. 연구에 따르면, 구리 타겟은 입도가 매우 작아 표면이 더 매끄럽다. 따라서, 구리 입자의 입도를 감소시켜 "파티클"의 문제를 방지할 수도 있다. 따라서, 작은 입자 크기가 큰 입자 크기보다 구리 타겟 재료로 생산된 박막의 품질이 좋다. 그러나, 후루카와 전기(JP 2012-4974197 및 JP 2012-4974198)의 최근 연구에 따르면 열간 압출 공정의 입자 크기는 구리 타겟의 경우 100-200 미크론이다. 박막 적용에 적합한 구리 타겟은 입자 크기가 100 미크론 미만인 열간 압출 공정에 의해 생성된다. Further, according to various studies, surface roughness of the target is related to abnormal discharge during sputtering, which causes a problem known as "particles" or "splats". Studies have shown that copper targets have a much smaller grain size and a smoother surface. Therefore, the problem of "particles" can be prevented by reducing the particle size of the copper particles. Therefore, the quality of the thin film produced from the copper target material is better with a smaller particle size than with a larger particle size. However, according to recent studies by Furukawa Electric (JP 2012-4974197 and JP 2012-4974198), the particle size of the hot extrusion process is 100-200 microns for copper targets. Copper targets suitable for thin film applications are produced by a hot extrusion process with a grain size of less than 100 microns.

실시예들은 열간 압출 공정을 이용하여 스퍼터링법에 의한 박막 코팅용 구리 타겟을 제조하는 기술을 제공할 수 있다.Embodiments may provide a technique for manufacturing a copper target for thin film coating by a sputtering method using a hot extrusion process.

실시예들은 50-100 미크론 범위의 작은 입자 크기를 가진 구리 타겟을 제공할 수 있다.Embodiments may provide a copper target with a small grain size in the range of 50-100 microns.

다만, 기술적 과제는 상술한 기술적 과제들로 한정되는 것은 아니며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.However, the technical challenges are not limited to the above-described technical challenges, and other technical challenges may exist.

일 실시예에 따른 박막용 구리 타겟은 99.99% 이상의 순수 구리를 포함한다.A copper target for a thin film according to an embodiment includes 99.99% or more of pure copper.

상기 구리 타겟은 5 ppm을 초과하지 않는 산소를 더 포함할 수 있다.The copper target may further contain oxygen not exceeding 5 ppm.

상기 구리 타겟은 100 ppm을 초과하지 않는 다른 원소를 더 포함할 수 있다.The copper target may further contain other elements not exceeding 100 ppm.

상기 구리 타겟의 입자 크기는 100 미크론을 초과하지 않는 것일 수 있다.The particle size of the copper target may not exceed 100 microns.

상기 구리 타겟의 경도는 100 비커스(Vickers)를 초과하지 않는 것일 수 있다.Hardness of the copper target may not exceed 100 Vickers.

일 실시예에 따른 박막용 구리 타겟을 제조하는 방법은 구리 잉곳을 압출 다이를 통해 열간 압출하고 물 터널(water tunnel)로 즉시 보내는 단계; 상기 열간 압출 후에 구리를 냉간 드로잉하는 단계; 및 냉간 드로잉된 구리를 스트레칭하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a copper target for a thin film according to an embodiment includes hot-extruding a copper ingot through an extrusion die and immediately sending it to a water tunnel; cold drawing copper after the hot extrusion; and stretching the cold drawn copper.

상기 구리 잉곳은 상기 열간 압출 전에 750 내지 850℃ 사이의 온도로 가열되는 것일 수 있다.The copper ingot may be heated to a temperature between 750 and 850° C. before the hot extrusion.

상기 구리 잉곳은 상기 압출 다이를 통해 압출되고 공기에 노출없이 40℃를 초과하지 않는 온도에서 물에서 빠르게 냉각되는 것일 수 있다.The copper ingot may be extruded through the extrusion die and rapidly cooled in water at a temperature not exceeding 40° C. without exposure to air.

압출 속도는 5, 10, 또는 20 mm/sec인 것일 수 있다.The extrusion speed may be 5, 10, or 20 mm/sec.

상기 냉간 드로잉 가공도는 35%를 초과하지 않는 것일 수 있다.The cold drawing workability may not exceed 35%.

도 1 내지 도 4는 스퍼터링 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6은 실시예에 따른 박막용 구리 타겟 제조 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 구리 바 길이에 따른 입자 크기를 측정하기 위한 샘플의 위치를 나타낸다.
도 8은 구리 바 폭에 따른 입자 크기를 측정하기 위한 샘플의 위치를 나타낸다.
도 9 내지 도 35는 10인치 직경의 구리 잉곳으로 제조된 샘플의 미세 구조 결과를 나타낸다.
도 36 내지 도 62는 12인치 직경의 구리 잉곳으로 제조된 샘플의 미세 구조 결과를 나타낸다.
1 to 4 are views for explaining a sputtering process.
5 and 6 are views for explaining a manufacturing process of a copper target for a thin film according to an embodiment.
Figure 7 shows the position of the sample for measuring the particle size along the length of the copper bar.
8 shows the position of the sample for measuring the particle size according to the copper bar width.
9 to 35 show microstructure results of samples made of 10 inch diameter copper ingots.
36 to 62 show microstructure results of samples made of 12-inch diameter copper ingots.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, since various changes can be made to the embodiments, the scope of the patent application is not limited or limited by these embodiments. It should be understood that all changes, equivalents or substitutes to the embodiments are included within the scope of rights.

실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in the examples are used only for descriptive purposes and should not be construed as limiting. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "include" or "have" are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the art to which the embodiment belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in the present application, they should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning. don't

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, in the description with reference to the accompanying drawings, the same reference numerals are given to the same components regardless of reference numerals, and overlapping descriptions thereof will be omitted. In describing the embodiment, if it is determined that a detailed description of a related known technology may unnecessarily obscure the gist of the embodiment, the detailed description will be omitted.

또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. In addition, in describing the components of the embodiment, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are only used to distinguish the component from other components, and the nature, order, or order of the corresponding component is not limited by the term. When an element is described as being “connected,” “coupled to,” or “connected” to another element, that element may be directly connected or connected to the other element, but there may be another element between the elements. It should be understood that may be "connected", "coupled" or "connected".

어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.Components included in one embodiment and components having common functions will be described using the same names in other embodiments. Unless stated to the contrary, descriptions described in one embodiment may be applied to other embodiments, and detailed descriptions will be omitted to the extent of overlap.

종래 연구에서, 작은 입자 크기의 구리 타겟 물질로 생산된 박막의 품질이 큰 입자 크기보다 낫다는 것을 확인했다. 그리고, 열간 압출 공정이 열간 압연 공정보다 구리 입자 크기가 더 균일하다는 것이다(길이에 따른 헤드-엔드 위치 및 폭에 따른 중심-가장자리 위치).In prior studies, it has been confirmed that the quality of thin films produced with copper target materials of small grain size is better than that of large grain sizes. And, the hot extrusion process has a more uniform copper particle size than the hot rolling process (head-to-end location along the length and center-to-edge location along the width).

실시예들은 열간 압출 공정을 이용하여 스퍼터링법에 의한 박막 코팅용 구리 타겟을 제조하는 방법에 관한 것이다. 본원의 발명자들(오리엔탈 카퍼)은 연구를 통해 50-100 미크론 범위의 작은 입자 크기를 가진 구리 타겟을 개발했다.Embodiments relate to a method of manufacturing a copper target for thin film coating by a sputtering method using a hot extrusion process. The present inventors (Oriental Copper) have developed a copper target with a small particle size in the range of 50-100 microns through research.

상술한 종래 연구 및 실시예에서 얻은 구리 타겟 및 입자 크기를 제조하는 방법은 표 1과 같이 요약된다.Table 1 summarizes the methods for preparing the copper targets and grain sizes obtained in the above-mentioned prior studies and examples.

Figure 112020083917071-pat00001
Figure 112020083917071-pat00001

실시예들은 코팅 층 또는 박막이 양호한 품질을 갖도록 100 미크론 미만의 구리 입자 크기를 제어하는 열간 압출 공정에 의해 제조될 수 있다.Embodiments can be made by a hot extrusion process that controls the copper particle size below 100 microns so that the coating layer or thin film is of good quality.

적어도 99.99% 순도의 구리 및 5ppm을 초과하지 않는 산소 함량을 가지는 구리 잉곳은 열간 압출 공정에 의해 처리되는데, 이는 구리 입자 크기의 치수 및 균일성을 제어하는 가장 중요한 공정이다. 연구 및 제어되는 변수는 압출비, 잉곳 온도, 및 압출 속도이다.Copper ingots with at least 99.99% purity copper and an oxygen content not exceeding 5 ppm are processed by a hot extrusion process, which is the most important process for controlling the size and uniformity of the copper particle size. Variables studied and controlled are extrusion ratio, ingot temperature, and extrusion rate.

1. 열간 압출 공정에서의 압출비1. Extrusion ratio in hot extrusion process

압출 다이를 통해 압출되는 열간 압출에 사용된 구리 잉곳의 단면적 또는 직경은 가변적이다. 실시 양태에서, 구리 잉곳 직경은 10 인치와 12 인치로 실험하였다.The cross-sectional area or diameter of the copper ingot used in hot extrusion extruded through an extrusion die is variable. In an embodiment, copper ingot diameters of 10 inches and 12 inches were tested.

2. 열간 압출 공정 전의 구리 잉곳의 온도 2. Temperature of copper ingot before hot extrusion process

열간 압출 공정 전의 구리 잉곳의 온도는 750 내지 850°C 범위일 수 있다. 예를 들어, 구리 잉곳은 750 내지 850°C 범위 750, 800 또는 850°C에서 가열될 수 있다.The temperature of the copper ingot before the hot extrusion process may range from 750 to 850 °C. For example, a copper ingot may be heated at 750, 800 or 850 °C in the range of 750 to 850 °C.

3. 열간 압출 공정에서 압출 속도(메인 램 속도)3. Extrusion speed (main ram speed) in hot extrusion process

압출 다이(금형)을 통해 구리 잉곳을 압출하는 데 사용되는 유압 실린더(hydraulic cylinder)의 속도로(에 의해) 측정되는 압출 속도이다. 실시 양태에서, 압출 속도는 5, 10, 20 mm/sec의 속도로 실험하였다. 열간 압출 공정에서 압출 다이를 통해 구리가 압출된 후, 구리는 수중 노출(수중 압출)로 빠르게 냉각될 수 있다. 이것은 도 5에 도시된 바와 같이 구리의 입자 성장을 방지하는 중요한 기술이다. 이 기술을 수중 압출 기술이라고 하며, 입자 성장 메커니즘을 중지시킨다.The extrusion rate, measured by (or by) the speed of the hydraulic cylinder used to extrude the copper ingot through an extrusion die (mold). In an embodiment, extrusion rates were tested at rates of 5, 10, and 20 mm/sec. After copper is extruded through an extrusion die in the hot extrusion process, the copper can be rapidly cooled by exposure to water (underwater extrusion). This is an important technique to prevent grain growth of copper as shown in FIG. 5 . This technique is called underwater extrusion technique and stops the particle growth mechanism.

즉, 제어 변수는 구리 냉각이다. 일반적으로, 열간 압출 공정에서 구리가 변형된 후, 동적 재결정화로 알려진 메커니즘으로 인해 입자 크기가 더 작아진다. 열간 압출 공정 후 구리가 대기에서 정상적으로 냉각되면, 구리의 입도가 증가한다.That is, the controlled variable is copper cooling. Generally, after copper is deformed in the hot extrusion process, the grain size becomes smaller due to a mechanism known as dynamic recrystallization. When the copper is cooled normally in the atmosphere after the hot extrusion process, the grain size of the copper increases.

다른 실시 양태를 위해, 10초 이내에 열간 압출 공정 동안 압출 다이를 통해 열간 구리 압출 후 구리를 물로 냉각시킨다. 구리가 냉각되기 전에 단시간 내에 재결정 프로세스(recrystallization process)가 입자 성장 프로세스(grain growth process)로 진행될 수 있으며, 이는 더 큰 입도 및 불균일한 입자 크기를 일으킨다.For another embodiment, the copper is cooled with water after hot copper extrusion through an extrusion die during the hot extrusion process within 10 seconds. In a short time before the copper is cooled, a recrystallization process may proceed to a grain growth process, resulting in larger grain sizes and non-uniform grain sizes.

이 실시 양태에서, 구리 냉각 제어는 열간 압출 공정에서 압출 다이를 통해 구리 압출 직후 구리를 냉각시키는 다른 실시와는 다르다. 구리는 압출 다이 뒤의 물 터널(수중 압출)로 즉시 이동한다. 구리가 즉시 냉각되고 입자 성장 과정을 거치지 않아서, 작고 균일한 입자 크기를 가져오는 것이다. In this embodiment, copper cooling control differs from other implementations in which the copper is cooled immediately after copper extrusion through an extrusion die in a hot extrusion process. The copper immediately moves into a water tunnel (underwater extrusion) behind the extrusion die. The copper is immediately cooled and does not undergo a grain growth process, resulting in a small and uniform grain size.

압출 공정에서 구리 입자 크기가 100 미크론을 초과하지 않는 최적 조건은 다음과 같다.The optimal conditions for the copper particle size not to exceed 100 microns in the extrusion process are as follows.

1) 직경 10 인치의 구리 잉곳을 사용한 압출 공정1) Extrusion process using a copper ingot with a diameter of 10 inches

1.1) 구리 잉곳의 잉곳 온도는 750°C1.1) The ingot temperature of copper ingot is 750°C

1.2) 압출 속도는 5-20 mm/sec1.2) The extrusion speed is 5-20 mm/sec

2) 12 인치 직경의 구리 잉곳을 사용한 압출 공정2) Extrusion process using 12 inch diameter copper ingot

2.1) 구리 잉곳의 잉곳 온도는 750-800°C2.1) The ingot temperature of copper ingot is 750-800°C

2.2) 압출 속도는 5-20 mm/sec2.2) The extrusion speed is 5-20 mm/sec

열간 압출 공정 후, 냉간 드로잉 공정을 통해 구리를 가져와서 다음 공정에서 제조하기 전에 사양(specification) 및 경도(hardness) 내 목표 물질의 치수가 50에서 100 Vickers (HV) 사이가 되도록 한다.After the hot extrusion process, the copper is brought through a cold drawing process to bring the target material dimensions within specification and hardness between 50 and 100 Vickers (HV) before manufacturing in the next process.

압출 다이를 통해 가압된 후의 구리 치수는 폭이 188 mm이고 두께가 24 mm이다. 그 후, 냉간 드로잉 공정에서 구리의 치수가 감소된다. 폭 185 mm 및 두께 21 mm를 달성하기 위해 냉간 가공율의 제어는 30 %를 초과하지 않는다. 구리 타겟의 표면 경도는 85HV(100HV를 초과하지 않음)이다.The copper dimensions after being pressed through the extrusion die are 188 mm wide and 24 mm thick. After that, the dimension of the copper is reduced in the cold drawing process. To achieve a width of 185 mm and a thickness of 21 mm, the control of the cold working rate does not exceed 30%. The surface hardness of the copper target is 85 HV (does not exceed 100 HV).

이하에서는 구리 타겟을 제조한 실험에 대해 설명한다.Hereinafter, an experiment in which a copper target was manufactured will be described.

열간 압출 공정 전에 750, 800, 850°C에서 가열된 구리 잉곳(직경 10 인치, 길이 643mm 및 직경 12 인치, 길이 471mm)을 준비한다. 고온 구리 잉곳은 압출 다이를 통해 물 터널(수중 압출)로 즉시 압출된다. 압출 속도는 표 2와 같이 5, 10 및 20 mm/sec이다.Prepare copper ingots (10 inches in diameter, 643 mm in length and 12 inches in diameter, 471 mm in length) heated at 750, 800, and 850 °C before the hot extrusion process. Hot copper ingots are immediately extruded through an extrusion die into a water tunnel (underwater extrusion). Extrusion speeds are 5, 10 and 20 mm/sec as shown in Table 2.

Figure 112020083917071-pat00002
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압출 다이를 통해 가압된 후의 구리 치수는 폭 188 mm, 두께 24 mm 및 길이 6,000 mm이다. 그런 다음, 냉간 드로잉 공정에서 드로잉 다이를 통해 구리가 드로잉된다. 냉간 드로잉 공정의 가공율은 14%이다(30%를 초과하지 않음). 드로잉 다이를 통해 드로잉된 후의 구리 치수는 폭 185 mm, 두께 21 mm 및 길이 7,000 mm이다.The copper dimensions after being pressed through the extrusion die are 188 mm wide, 24 mm thick and 6,000 mm long. Then, copper is drawn through a drawing die in a cold drawing process. The processing rate of the cold drawing process is 14% (does not exceed 30%). The copper dimensions after being drawn through a drawing die are 185 mm wide, 21 mm thick and 7,000 mm long.

도 7에 도시된 바와 같이 미세구조 시험을 위한 샘플은 구리 막대 길이에 따라 헤드, 중간 및 테일 위치에서 절단된다. 모든 샘플(헤드, 미들 및 테일)은 도 8에 표시된 것처럼 표면의 가장자리(edge)와 폭 중심(center of width), 1/4 두께 및 1/2 두께에서 미세 구조를 검사한다.As shown in Fig. 7, samples for microstructure testing were cut at head, middle and tail positions along the copper rod length. All samples (head, middle and tail) were inspected for microstructure at the edge and center of width, 1/4 thickness and 1/2 thickness of the surface as shown in FIG. 8 .

10 인치 직경의 구리 잉곳의 각 위치의 미세 구조 결과는 도 9-35 및 표 3에 도시되어 있고, 12인치 직경의 구리 잉곳의 각 위치의 미세 구조 결과는 도 36-62 및 표 4에 도시되어 있다.The microstructure results of each position of the 10-inch diameter copper ingot are shown in Figs. 9-35 and Table 3, and the microstructure results of each position of the 12-inch diameter copper ingot are shown in Figs. 36-62 and Table 4. have.

Figure 112020083917071-pat00003
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Figure 112020083917071-pat00004
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실시 양태는 다음과 같다.An embodiment is as follows.

1) 구리 타겟은 99.99 % 이상의 순수 구리를 포함한다.1) Copper target contains more than 99.99% pure copper.

2) 구리 타겟은 5 ppm 산소를 초과하지 않는다.2) Copper targets do not exceed 5 ppm oxygen.

3) 구리 타겟은 100 ppm을 초과하지 않는 다른 원소를 포함한다.3) The copper target contains other elements not exceeding 100 ppm.

4) 1) 내지 3)에 따른 구리 타겟은 다음과 같은 공정을 갖는다:4) The copper target according to 1) to 3) has the following process:

4.1) 수중 열 압출4.1) Underwater thermal extrusion

4.2) 냉간 드로잉4.2) Cold drawing

4.3) 스트레칭4.3) Stretching

5) 열간 압출 전에 구리 잉곳을 750-850 ℃로 가열한다.5) Heat the copper ingot to 750-850℃ before hot extrusion.

6) 구리 잉곳은 압출 다이를 통해 압출되고 공기를 노출되지 않고(또는 건드리지 않고) 40°C를 초과하지 않는 온도에서 물에서 빠르게 냉각(급냉)된다.6) The copper ingot is extruded through an extrusion die and rapidly cooled (quenched) in water at a temperature not exceeding 40°C without exposing (or touching) air.

7) 압출 속도는 5, 10 및 20 mm/sec이다 (메인 램으로 측정).7) Extrusion speeds are 5, 10 and 20 mm/sec (measured with the main ram).

8)냉간 드로잉 가공도는 35%를 초과하지 않는다.8) Cold drawing workability does not exceed 35%.

9) 구리 타겟의 구리 입자 크기가 100 미크론을 초과하지 않아야 한다.9) The copper particle size of the copper target should not exceed 100 microns.

10) 구리 타겟의 경도는 100 비커스(Vickers)를 초과하지 않는다.10) The hardness of the copper target does not exceed 100 Vickers.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described with limited drawings, those skilled in the art can apply various technical modifications and variations based on the above. For example, the described techniques may be performed in an order different from the method described, and/or components of the described system, structure, device, circuit, etc. may be combined or combined in a different form than the method described, or other components may be used. Or even if it is replaced or substituted by equivalents, appropriate results can be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents of the claims are within the scope of the following claims.

Claims (10)

99.99% 이상의 순수 구리를 포함하는 구리 타겟을 제조하는 방법으로서, 상기 구리 타겟은 입자 크기의 균일성을 갖고, 상기 방법은
구리 잉곳을 압출 다이를 통해 열간 압출하고 물 터널(water tunnel)로 즉시 보내는 단계;
상기 열간 압출 후에 구리를 냉간 드로잉하는 단계; 및
냉간 드로잉된 구리를 스트레칭하는 단계
를 포함하고,
상기 구리 타겟의 구리의 입자 크기는 100 미크론을 초과하지 않고,
상기 입자 크기의 균일성은 평균 입자 크기의 표준편차가 3.76 미크론 이하인 것을 의미하며,
상기 방법은 하기의 조건들을 만족시키는 것인, 방법:
i) 직경 10 인치의 구리 잉곳을 사용할 경우,
- 구리 잉곳은 열간 압출 전에 750°C의 온도로 가열됨,
- 압출 속도는 5-20 mm/sec임; 및
ii) 12 인치 직경의 구리 잉곳을 사용할 경우,
- 구리 잉곳은 열간 압출 전에 750-800°C 사이의 온도로 가열됨,
- 압출 속도는 5-20 mm/sec임.
A method for producing a copper target containing 99.99% or more of pure copper, wherein the copper target has uniformity in particle size, the method comprising:
hot extruding the copper ingot through an extrusion die and immediately sending it to a water tunnel;
cold drawing copper after the hot extrusion; and
Stages of stretching cold drawn copper
including,
The particle size of the copper of the copper target does not exceed 100 microns;
The uniformity of the particle size means that the standard deviation of the average particle size is 3.76 microns or less,
The method, wherein the method satisfies the following conditions:
i) When using a copper ingot with a diameter of 10 inches,
- The copper ingot is heated to a temperature of 750°C before hot extrusion,
- extrusion speed is 5-20 mm/sec; and
ii) When using a 12 inch diameter copper ingot;
- The copper ingot is heated to a temperature between 750-800°C before hot extrusion,
- Extrusion speed is 5-20 mm/sec.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 구리 잉곳은 상기 압출 다이를 통해 압출되고 공기에 노출없이 40℃를 초과하지 않는 온도에서 물에서 빠르게 냉각되는 것인, 방법.
According to claim 1,
wherein the copper ingot is extruded through the extrusion die and rapidly cooled in water at a temperature not exceeding 40° C. without exposure to air.
제1항에 있어서,
압출 속도는 5, 10, 또는 20 mm/sec인 것인, 방법.
According to claim 1,
The extrusion speed is 5, 10, or 20 mm / sec, the method.
제1항에 있어서,
냉간 드로잉 가공도는 35%를 초과하지 않는 것인, 방법.
According to claim 1,
wherein the cold drawing degree does not exceed 35%.
제1항 및 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 방법으로부터 수득된, 입자 크기의 균일성을 갖는 구리 타겟으로,
상기 구리 타겟의 구리의 입자 크기는 100 미크론을 초과하지 않고,
상기 입자 크기의 균일성은 평균 입자 크기의 표준편차가 3.76 미크론 이하인 것을 의미하는 것인, 구리 타겟.
A copper target having uniform particle size obtained from the method according to any one of claims 1 and 3 to 5,
The particle size of the copper of the copper target does not exceed 100 microns;
The uniformity of the particle size means that the standard deviation of the average particle size is 3.76 microns or less.
제6항에 있어서, 5 ppm을 초과하지 않는 산소를 더 포함하는, 구리 타겟.
7. The copper target of claim 6, further comprising not more than 5 ppm oxygen.
제6항에 있어서, 100 ppm을 초과하지 않는 다른 원소를 더 포함하는, 구리 타겟.
7. The copper target of claim 6 further comprising no more than 100 ppm of other elements.
제6항에 있어서, 상기 구리 타겟의 구리의 경도는 100 비커스(Vickers)를 초과하지 않는, 구리 타겟.7. The copper target according to claim 6, wherein the hardness of the copper of the copper target does not exceed 100 Vickers. 삭제delete
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