KR20180018471A - 비파괴 검사용 보이드 프리 개재물 기반 기준 표준 및 제조방법 - Google Patents

Abstract

초음파 스캐닝 장치를 교정하기 위한 기준 표준은 제1 물질, 제1 면 및 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 포함하는 제1 부분을 포함한다. 상기 기준 표준은 또한, 제2 물질, 제1 면 및 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 포함하는 제2 부분을 포함한다. 상기 제2 부분의 제2 면은 상기 제1 부분의 제1 면에 인접하여 계면을 형성한다. 상기 기준 표준은 또한, 제1 부분의 제1 면 및 제2 부분의 제2 면을 통하여 축방향으로 연장된 기준 물질을 포함한다. 상기 제1 부분과 제2 부분은 상기 제1 물질과 기준 물질의 계면 및 상기 제2 물질과 기준 물질의 계면에서 보이드가 없도록 교정 표준과 같은 기준 물질을 둘러싸도록 구성된다.

Description

비파괴 검사용 보이드 프리 개재물 기반 기준 표준 및 제조방법{A VOID FREE INCLUSION-BASED REFERENCE STANDARD FOR NONDESTRUCTIVE TESTS AND METHODS OF MAKING}

본 발명은 초음파 스캐닝 검사에 사용하기 위한 기준 표준 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 위상 반전 검출 시스템용 보이드 프리 C-스캔 교정 표준 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

집적 전자 회로의 제조 중 재료의 박막을 도포하는 하나의 방법으로 스퍼터링(sputtering)이라고도 알려진 스퍼터 증착(sputter deposition)이 있다. 스퍼터링은 증착될 물질의 타겟을 형성하고, 상기 타겟을 강전기장(strong electric field)에 근접하게 음으로 대전된 음극으로 제공하는 것을 포함한다. 상기 전기장은 낮은 압력의 불활성 가스를 이온화하고, 플라즈마를 형성하는데 사용된다. 플라즈마 내의 양으로 대전된 이온은 전기장에 의해, 음으로 대전된 스퍼터링 타겟을 향해 가속된다. 상기 이온은 스퍼터링 타겟과 충돌하고 이에 따라, 타겟 물질을 방출한다. 방출된 타겟 물질은 주로 원자 또는 원자 그룹의 형태이며, 스퍼터링 공정동안 타겟 부근에 위치하는 기판상에, 얇고 균일한 막을 증착시키는데 사용될 수 있다.

스퍼터링 타겟은 상기 타겟으로부터 스퍼터링 물질에 의해 형성된 층의 두께 및 정합성(conformity)을 균일하게 하기위해 엄격한 공차(tolerances)로 제조된다. 스퍼터링 타겟의 제조 중에 발생할 수 있는 하나의 문제점은 스퍼터링 타겟 물질 내에 불연속부(discontinuities)의 형성이다. 불연속부의 예로는 보이드, 크랙 및 재료 전반에 걸친 공극율의 변화와 고체 개재물(inclusion) 또는 불순물을 포함한다. 스퍼터링 타겟 내의 불연속부는 스퍼터링 공정동안 단극 방전(unipolar arcing)을 유발할 수 있다. 단극 방전은 타겟 물질의 국부적인 과열 및/또는 폭발을 일으킬 수 있으며, 따라서, 기판상의 박막 증착의 균일성 및 정합성을 감소시킬 수 있다. 또한, 불연속부가 개재물 또는 불순물인 경우 불연속부로부터 스퍼터링은 기판상에 불순물 입자가 증착되는 결과가 나타날 수 있다.

스퍼터링 타겟의 균일성, 순도 및 정합성을 위한 엄격한 공차 때문에 균일한 타겟 물질과 불균일한 타겟 물질을 구별할 수 있는 검사 기술은 지속적으로 개선되어야 한다. 타겟 물질을 시험하는데 가장 유용한 기술 중에 하나로 물질에 비파괴적인 기술이 있다. 다시 말해서, 물질을 평가하지만 여전히 상기 물질을 출발물질(starting materials)로 사용할 수 있고 궁극적으로는 스퍼터링 타겟으로 사용할 수 있는 기술이다.

비파괴 검사는 물품의 유용성을 파괴하지 않으면서 성분, 구조 또는 물질의 온전성(integrity)을 결정하기 위해, 초음파, 라디오그래피(radiography)와 같은 다양한 비 침습성(non-invasive) 기술로 수행될 수 있다. 예를 들어 초음파를 이용한 제품 및 구조물의 비과괴 검사는 물질 내의 불연속부를 검출하고, 물체의 두께를 측정하는데 사용될 수 있다.

초음파는 인간의 청력 범위의 상한보다 큰 주파수의 진동 음압파이다. 초음파는 대부분의 고체물질에 침투하며, 물질을 방해하거나 또는 변경하지 않고 통과할 수 있다. 대부분의 금속뿐만 아니라 플라스틱 및 복합 물질은 초음파로 검사, 조사 및 또는 이미지화가 가능하다. 음향 스캐너(acoustic scanner)는 초음파를 사용하여 비파괴 검사를 수행하는 선택 중 하나이다. 음향 스캐너는 시험 물체의 내부 특징을 이미지화하기 위해 초단파(very high frequency) 또는 극초단파(ultra-high frequency)의 초음파를 사용한다. 초음파 이미지는 불연속부의 존재를 확인하고, 이들의 크기 측정 및 위치를 확인하는데 사용될 수 있다.

위상 반전(Phase inversion) 이미지는 불연속부가 반사된 신호의 극성 또는 위상의 변화를 일으킬 때 발생한다. 예를 들어 검사되는 물질이 음향 임피던스(acoustic impedance)가 크게 다른 물질로 이루어진 불연속부를 포함하면, 상대 음향 임피던스의 순서가 반전될 때(낮은 곳에서 높은 곳으로 대(versus) 높은곳에서 낮은 곳으로) 에코(echo)의 위상 또는 극성이 반전된다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, “위상 반전”이라는 용어는 입사 음파가 타겟 물질로부터 스캐닝 프로브(probe)로 다시 반사될 때 겪게되는 위상의 역전(reversal)을 의미한다.

스캐닝 프로브는 입사 음파를 검출할 수 있고, 상기 음파에 대한 데이터를 이 정보를 처리하고, 물질의 내부 구조를 나타내는 이미지를 생성할 수 있는 컴퓨터에 제공한다. 판독된 이미지의 품질은 이미징 신호를 정량화하는데 사용되는 데이터 처리 및 컴퓨터 프로그램에 의존한다. 상기 판독된 이미지는 불연속부를 식별하고, 불연속부의 유형, 상대적 크기 및 표면으로부터 거리 등과 같은 불연속부의 하나 이상의 세부사항을 확인하기 위해 교정 표준(calibration standard)이미지와 비교될 수 있다. 따라서, 상기 교정 표준의 정밀도는 후속 초음파 검사 및 조사가 해석될 수 있는 능력 및 정밀도에 영향을 미친다. 위상 반전 기반 C-스캔 기술과 같은 초음파 검사는 보이드 또는 개재물과 같은 대상의 불연속부를 비파괴적으로 조사하는데 사용될 수 있다. 초음파 검사 데이터를 설명하고 해석하는데 C-스캔 소프트웨어가 사용되기 전에, 상기 소프트 웨어는 알려진 불연속부로부터 알려진 신호 진폭(amplitudes)과의 비교를 통해 신호들을 구별하고 데이터를 해석하도록 프로그래밍되거나 교정되어야 한다.

일부 실시예에서, 본 출원은 제1 물질, 제1 면 및 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 포함하는 제1 부분을 포함하는 초음파 스캐닝 장치를 교정하기 위한 기준 표준을 개시한다. 또한, 상기 기준 표준은 제2 물질, 제1 면 및 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 포함하는 제2 부분을 포함한다. 상기 제2 부분의 제2 면은 상기 제1 부분의 제1 면에 인접하여 계면을 형성한다. 또한, 상기 기준 표준은 제1 부분의 제1 면 및 제2 부분의 제2 면의 축방향을 통하여 연장된 기준 물질을 포함한다. 상기 교정 표준은 상기 제1 물질과 기준 물질의 계면 및 상기 제2 물질과 기준 물질의 계면에 보이드가 없도록 상기 제1 부분과 제2 부분은 기준 물질을 둘러싸도록 구성된다.

일부 실시예에서, 본 출원은 제1 매트릭스 물질로부터 퍽(puck)을 형성하는 것을 포함하는 초음파 스캐닝을 교정하기 위한 기준 표준 형성방법을 개시한다. 상기 퍽은 제1 면, 제2 면 및 상기 제1 면과 제2 면 사이에서 연장되는 중심축 및 상기 중심축에 평행한 방향으로 연장되는 개구를 포함한다. 상기 방법은 개구부 내에 기준 물질을 배치하는 것을 포함하고, 상기 기준 물질은 퍽으로부터 제1 면을 통해 연장된다. 상기 방법은 기준 물질을 둘러싸는 공간에 보이드가 없도록 퍽의 중심축에 수직인 방향으로 퍽에 대해 가압하고 가열하는 것을 포함한다. 상기 방법은 또한, 상기 기준 물질이 상기 제1 매트릭스 물질 및 제2 매트릭스 물질 내에 매립되고(embedded), 상기 기준 물질을 둘러싸는 공간 및 상기 퍽의 제1 면과 상기 제2 매트릭스 사이의 공간에 보이드가 없도록 제2 매트릭스 물질을 퍽에 캐스팅(casting)하는 것을 포함한다.

다수의 실시예가 개시되었지만, 본 발명의 또 다른 실시예는 본 발명의 예시적인 실시예를 도시하고 설명하는 다음의 상세한 설명으로부터 당업자에게 명백해질 것이다. 따라서, 도면 및 상세한 설명은 본질적으로 예시적인 것이며 제한적이지 않은 것으로 간주되어야한다.

도 1은 예시적인 초음파 스캐닝 시스템의 사시도를 나타낸 것이다.
도 2는 일부 실시예에 따른, 개재물 기반 기준 표준의 횡단면도를 나타낸 것이다.
도 3은 개재물 기반 기준 표준을 생성하기 위한 예시적인 방법을 나타낸 플로우 차트(flow chart)이다.
도 4는 개재물 기반 기준 표준을 생성하기 위한 예시적인 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 5는 개재물 기반 기준 표준을 형성하기 위한 예시적인 캐스팅 시스템을 도시한 것이다.

위상 반전 기반 C-스캔을 이용하는 초음파 검사와 같은 비파괴 검사에 사용하기 위한 보이드 프리 개재물 기반 기준 표준이 여기에 개시된다. 또한, 보이드 프리 기준 표준을 형성하는 예시적인 방법이 개시된다. 일부 실시예에서 기준 표준은 타겟 대상의 이미지를 해석 또는 판독하는데 있어서 정밀도의 개선을 가능하게 한다. 예를 들어, 상기 기준 표준은 알려진 벌크(bulk) 물질을 포함할 수 있고, 및/또는 상기 벌크 물질 내 알려진 장소 또는 위치에서 알려진 치수(dimensions)를 갖는 알려진 개재물을 함유할 수 있다. 일부 실시예에서 상기 기준 표준은 타겟 물질의 비파괴 검사 방법에 있어서, 보이드 및 개재물의 크기 및 구별을 보다 정밀하게 할 수 있다.

도 1은 스퍼터링 타겟 물질(10)과 같은 대상의 C-스캔을 생성하는데 사용될 수 있는 예시적인 초음파 스캐닝 장치(20)의 사시도이다. 예시적인 방법에서, 상기 스퍼터링 타겟 물질(10)은 물(예를 들어, 탈 이온수) 또는 오일과 같은 액체(30)를 포함하는 시험 용기(28)내에 배치된다. 상기 스퍼터링 타겟 물질(10)은 지지구조체(22)에 의해 지지되어 스퍼터링 타겟 물질(10)이 시험 용기(28)의 바닥에 닿지 않도록 할 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 스퍼터링 타겟 물질(10)은 이후 압축 등에 의해 스퍼터링 타겟 형상으로 형성될 수 있는 잉곳(ingot)일 수 있다. 일부 예에서, 상기 스퍼터링 타겟 물질(10)은 상면(top surface)(12) 및 상면(12)에 평행한 하면(bottom surface)(14)을 포함할 수 있다.

스퍼터링 타겟 물질(10)이 검사액(testing liquid)(30)에 침지되면, 변환기(transducer)(24)는 스퍼터링 타겟 물질(10)의 표면 위의 검사액(30) 내에 위치된다. 상기 변환기(24)는 스퍼터링 타겟 물질(10)의 상면(12)에 초음파 펄스를 조사한다. 이어서 상기 변환기(24)는 스퍼터링 타겟 물질(10) 내의 불연속부와 같은 특징으로부터 반사된 에코(echo)를 검출한다. 상기 변환기(24)는 상기 에코를 전기신호로 변환시키는데, 상기 전기신호는 상기 스퍼터링 타겟 물질(10)을 특성화(characterizing)하는데 사용하기 위해 처리된다. 구체적으로, 펄스와 에코사이의 시간뿐만 아니라 에코의 진폭은 불연속부가 스퍼터링 타겟 물질 내에 존재하는지 결정하기 위해 사용된다.

상기 변환기(24)는 제어기(미도시)와 전기적으로 통신하는 기계적 X-Y 스캐닝 유닛(26)(또는 C-스캐너)상에 장착될 수 있다. 상기 제어기는 프로세서와 데이터 통신한다. 또한, 상기 프로세서는 변환기(24)에 결합된 펄서(pulser)/수신기와 데이터 통신한다. 상기 제어기는 상기 기계적 X-Y 스캐닝 유닛(26)을 유도하도록 프로그램되어 상기 스퍼터링 타겟 물질(10)의 상면(12)에 걸쳐, 래스터 유사 계단식 운동(raster-like step wise motion)으로 상기 변환기를 이동시킬 수 있다. 이에 따라, 수많은 위치는 상기 스퍼터링 타겟 물질(10)의 상면(12)의 적어도 일부에 걸쳐 형성된다. 상기 변환기(24)는 펄서/수신기에 의해 트리거(trigger)된 각각의 위치로 순차적으로 이동되어 전체 스퍼터링 타겟 물질(10)에 초음파를 조사한다.

상기 변환기(24)는 스퍼터링 타겟 물질(10)의 표면상에 형성된 각각의 위치에서 에코를 검출하고, 검출된 에코에 관한 정보를 수신기로 전달한다. 상기 수신기는 상기 정보를 디지털화하여 프로세서로 보낸다. 상기 프로세서는 수신기로부터 수신된 디지털화된 신호를 스퍼터링 타겟 물질(10) 표면상의 변환기(24)의 상대적 위치와 관련시켜 신호를 분석한다. 상기 프로세서는, 예를 들어, Panametrics^TM, Inc.로부터 입수 가능한 Multiscan^TM 소프트웨어와 같이 상업적으로 또는 다른 방법으로 이용 가능한 소프트웨어 패키지(package)를 포함할 수 있다.

초음파 C-스캔 이미징은 스퍼터링 타겟 물질(10)으로부터 반사된 신호를 특성화하고, 이미지 프로세싱 소프트웨어를 사용하여 이미지를 재구성한다. 이러한 이미지는 구조의 내부 상태를 시각적 표현으로 제공하며, 개재물 또는 보이드와 같은 불연속부가 존재함을 나타내는 특징적인 패턴을 분석할 수 있다. 일부 실시예에서, 장치 소프트웨어의 적절한 조정은 효과적인 C-스캔 이미지를 가져오고, 위치의 결정 및 일부 경우에 있어서는 불연속부의 형상 및 상대적 크기의 결정이 가능하게 한다.

고체 개재물에 있어서, 소리의 흡수 및 산란은 물질 내 다른 종류의 불연속부와 다를 수 있다. 고체 개재물을 포함하지 않는 불연속부는 스퍼터링 타겟 내에 보이드, 보이드의 크러스터(cluster) 또는 작은 크랙을 포함한다. 이러한 불연속부는 견고한(rigid) 고체 개재물을 포함하는 불연속부와는 다른 형상, 소리 반사 또는 산란 및 흡광도 특성을 나타낼 수 있다.

일부 실시예에서, 본 명세서에 기술된 방법은 되돌아온 초음파 펄스로부터의 위상 정보를 이용하여 스퍼터링 물질의 고체 개재물과 다른 불연속부를 구별하는데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서 타겟 물질에 비해 더 높은 음향 임피던스의 고체 개재물로부터 되돌아온 펄스는 타겟 물질에 비해 더 낮은 음향 임피던스의 불연속부로부터 되돌아온 펄스와 비교하여 위상이 반전되는 것이 발견되었다.

위상 반전은, 불연속부로부터 예를 들어, 보이드, 갇힌 가스(entrapped gas) 기포 및 평평한 저부 홀들(flat bottom holes)과 같이 낮은 음향 임피던스 불연속부로부터 되돌아오는 초음파 신호를, 예를 들어, 다양한 고체 개재물과 같이 더 높은 음향 임피던스 불연속부로부터 되돌아온 신호로부터 구별하게 할 수 있다. 에코의 위상 분석은 특정 불연속부로부터의 신호의 수동 분석 또는, 예를 들어, 컴퓨터 소프트웨어를 이용한 자동화된 신호 처리 기술에 의해 수행될 수 있다.

컴퓨터 프로세서는 보이드로부터 반사된 신호와 매트릭스 물질보다 높은 밀도를 갖는 게재물 사이의 위상 역전을 나타내도록 프로그램될 수 있다. 일부 실시예에서 자동화 분석은 이전에 확인된 불연속부를 사용하여 교정된 경우, 유형(보이드 또는 고체 개재물)에 의한 특정 불연속부를 식별하도록 프로그램 될 수 있다. 소프트웨어 프로그램은 고체 개재물 기반으로 정의된 모델을 이용하여 고체 개체물로 식별된 불연속부의 크기(면적)를 계산하도록 추가로 교정될 수 있다.

C-스캔 장치를 교정하는 한 가지 방법은 교정 표준을 이용하여 수행될 수 있다. 예를 들어 상기 교준표준의 단면적은 C-스캔 장치로 스캔할 수 있으며, 판독에 의해 생성된 이미지는 교정 표준 내에 알려진 불연속부와 매치(match)될 수 있다. 상기 판독된 이미지로부터 되돌아온 신호는 각 불연속부의 신호, 단면적 및 스캐너로부터 각 불연속부의 거리를 비교하기 위해 알려진 불연속부와 관련지어질 수 있다. 교정 후 C-스캔 장치는 알려지지 않은 깊이에서 알려지지 않은 불연속부를 포함하는 대상의 검사에 사용될 수 있다. 또한 교정 표준은 사용자가 개재물 또는 보이드와 같은 불연속부의 구성을 결정하거나 분류하는 것을 도울 수 있다.

지금까지 초음파 검출 시스템에 있어서, 위상 반전 기능은 활성화 되어 있지 않다. 현재 스퍼터링 타겟 물질 내에 존재할 수 있는 개재물의 크기를 조정하기 위한 교정 방법은 없다. 개재물을 검출하기 위한 물리적 교정 표준은 상업적 이용이 가능하지 않으며, 알려진 개재물을 갖는 표준을 생성하려는 이전의 시도는 개재물 주위에 보이드의 형성으로 인해 실패하였다. 이러한 이유로, 위상 반전 기술을 교정하기 위해 보이드 프리 개재물 기반 교정 표준을 만드는 방법이 요구된다. 상기 개재물 교정 표준은 알려진 개재물만을 포함하여야 하며, 벌크 물질과 개재물 사이의 계면, 특히 입사 초음파 검사 신호에 수직인 계면에서 보이드가 없어야 한다.

도 2는 교정 표준(40)의 횡단면도를 포함한다. 일부 실시예에서 교정 표준(40)은 중심축(43) 및 고형체(solid body)(41) 내에 내장된 기준 섬유(50, 52, 54)를 갖는 고형체(41)로 형성된다. 상기 고형체(41)는 고형체(41) 내의 기준 섬유(50, 52, 54)의 표면이 완전히 습윤되도록 벌크 물질 내 또는 기준 섬유(50, 52, 54) 주위에 보이드를 포함하지 않는다.

여기에서 사용된 "보이드"는 벌크 물질 내 폭이 180미크론 이상, 특히 250미크론 이상이며, 초음파 C-스캔에서 위상 반전 에코를 생성하지 않는 불연속부를 의미한다. 이에 따라, 보이드 프리 교정 표준(40)은 벌크 물질 내 폭이 250미크론 이상, 특히 180미크론보다 큰 하나 이상의 불연속부를 포함하지 않으며, C-스캔시 위상 반전 에코를 생성하지 않는다. 상기 불연속부는 가스 또는 가스 및 고체 불순물 또는 개재물의 조합일 수 있다. 예를 들어, 보이드 프리 교정 표준(40)은 기준 섬유(50, 52, 54) 중 어느 하나와 고형체(solid body)(41)의 벌크 물질 사이에 공간 또는 가스 포켓이 존재하지 않으며, 상기 기준 섬유 및 공간의 혼합 폭은 250미크론보다 크고, 특히 180미크론보다 크며, 공간 및 기준 섬유는 위상 반전 에코를 생성하지 않는다. 여기에서 사용된 바와 같이, 폭은 측정되는 형상 내의 임의의 두 점 사이에서 직선으로 측정될 수 있는 가장 큰 거리를 지칭한다.

도시된 고형체(41)는 실질적으로 원통형 형상을 갖는다. 그러나, 상기 고형체(41)는 임의의 다른 가능한 형상일 수 있다. 예를 들어 상기 고형체(41)는 특정 교정 표준(40)에 대해 바람직한 단면 형상에 따라 입방체(cube) 형태일 수 있다. 상기 고형체(41)는 중심축(43)에 대하여 수직인 제1 면(44) 및 제2 면(46)을 갖는다. 상기 제1 면(44) 및 제2 면(46)은 상기 고형체(41)가 상기 제1 면(44) 및 제2 면(46)의 표면을 따라 스캐닝될 수 있도록 실질적으로 평면일 수 있다.

일부 실시예에서, 고형체(41)는 제1 부분(48) 및 제2 부분(42)으로 형성된다. 상기 제1 부분(48)은 선택적으로 퍽(puck)으로 구성될 수 있다. 상기 제1 부분 또는 퍽(48)은 통상적으로 고형체(41)와 동일한 형상을 가지며, 상기 고형체(41)의 제1 면(44) 및 제2 면(46)에 평행한 적어도 하나의 제1 면(56)을 갖는다. 일부 실시예에서 상기 퍽(48)은 고형체(41) 내에 존재하는 기준 섬유(50, 52, 54)의 적어도 일부분을 포함한다.

상기 퍽(48)은 상기 고형체(41)의 제2 부분(42)과 결합될 수 있다. 예를 들면, 상기 퍽(48)은 제1 면(56)을 가질 수 있고, 상기 제2 부분(42)은 상기 퍽(48)의 제1 면(56)에 결합된 제1 면(58)을 가질 수 있다. 상기 퍽(48) 및 제2 부분(42)이 서로 결합되면, 상기 제1 면(56) 및 제2 면(58)은 계면(57)을 형성한다. 상기 제2 부분(42)은 퍽(48)에 인접하여 완전히 결합되고, 상기 퍽(48)과 제2 부분(42) 사이의 계면(57)에는 보이드가 존재하지 않는다.

일부 실시예에서 기준 섬유(50, 52, 54)는 고형체(41)가 스캔될 때 예측 신호(predicted signal)를 생성하기 위해 고형체(41) 내에 포함된 인공 불순물이다. 상기 기준 섬유(50, 52, 54)는 세장형 형상(elongated shape) 및 알려진 단면적을 갖는다. 상기 기준 섬유(50, 52, 54)는 길이, 단면 형상 및/또는 단면적이 다양할 수 있다. 상기 기준 섬유(50, 52, 54)는 고형체(41)의 중심축(43)에 평행하게 연장되고, 중심축 (43)을 중심으로 방사상으로 다양한 위치에 배치될 수 있다. 비록 3개의 기준 섬유(50, 52, 54)만이 도시되어 있으나, 임의의 적절한 수의 기준 섬유(50, 52, 54)가 고형체(41)에 포함될 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 기준 섬유(50, 52, 54)는 고형체(41) 내에 완전히 둘러싸여 있다. 즉, 상기 고형체(41)의 벌크 물질은 기준 섬유(50, 52, 54)가 제1 표면(53) 및 제2 표면(55)에서 노출되지 않도록 기준 섬유를 둘러싸고 있다. 상기 기준 섬유(50, 52, 54)는 중심축(43)에 평행하게 고형체(41)의 길이를 따라 알려진 거리만큼 연장된다. 각각의 기준 섬유(50, 52, 54)는 알려진 물질로 생성되므로, 고형체(41)의 C-스캔으로부터 얻은 결과 이미지는 C-스캔 장치 및 소프트웨어 시스템을 교정하는데 사용될 수 있다. 또한, 상기 기준 섬유(50, 52, 54)는 고형체(41)의 중심축(43)을 따라 알려진 거리만큼 연장되기 때문에, 상기 교정 표준(40)은 비파괴 스캐닝을 받는 물질 내의 불순물의 위치를 결정하기 위해 C-스캔 소프트웨어를 교정하는데에도 사용될 수 있다.

상기 고형체(41)는 벌크 물질내의 기준 섬유(50, 52, 54)를 완전히 둘러싼다. 상기 기준 섬유(50, 52, 54)는 고형체(41)내에 완전히 둘러싸여 있으며, 상기 기준 섬유(50, 52, 54)를 둘러싼 영역은 보이드가 존재하지 않는다.

여기에 개시된 것은 보이드 프리 초음파 검사 교정 표준(40)이다. 상기 보이드 프리 초음파 검사 교정 표준(40)은 벌크 매트릭스 물질에 매립된 기준 섬유(50, 52, 54)를 갖는 벌크 매트릭스 물질을 포함하는 단일 고형체(41)이다. 상기 고형체(41)는 보이드를 포함하지 않는다. 상기 고형체는 제1 부분(48) 및 제2 부분(42)으로 구성되어 있다. 상기 기준 섬유(50, 52, 54)는 상기 제1 부분(48) 및 제2 부분(42) 모두에 걸쳐 연장되어 있다.

상기 고형체(41)는 중심축(43)을 한정하는 벌크 매트릭스 물질로 구성된다. 일부 실시예에서 상기 벌크 매트릭스 물질은 금속 또는 금속 합금이다. 예를 들어 상기 벌크 매트릭스 물질은 스퍼터링 타겟을 형성하는데 사용되는 금속 또는 금속 합금일 수 있다. 또한, 상기 벌크 물질에 적합한 물질은 플라스틱 및 세라믹을 포함한다. 상기 제1 부분(48)의 벌크 매트릭스 물질은 상기 제2 부분(42)의 물질과 동일한 것일 수 있다. 일부 실시예에서 상기 기준 섬유(50, 52, 54)는 초음파 위상 반전 에코를 생성하는 재료로 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 기준 섬유(50, 52, 54)는 기준 표준에 적용되는 초음파 파장의 반사된 에코가 위상 반전을 갖도록 구성된 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 기준 섬유는 알루미늄 옥사이드(알루미나), 실리콘 디옥사이드(실리카), 강철, 철 또는 다른 산화물 또는 금속으로 형성될 수 있다. 상기 기준 섬유(50, 52, 54)는 직경보다 큰 길이를 갖는 막대(rod) 형상으로 구성될 수 있다. 상기 기준 섬유(50, 52, 54)는 상기 고형체(41)의 중심축(43)을 중심으로 상기 고형체(41)의 중심축에 평행한 각각의 기준 섬유(50, 52, 54)의 길이로 방사상 이격되어 있다. 상기 기준 섬유(50, 52, 54)는 약 0.005인치(inch) 내지 0.060인치의 직경 및 이 범위내의 임의의 직경일 수 있다. 예를 들어, 상기 기준 섬유(50, 52, 54)는 0.010인치 내지 0.050 인치, 0.020인치 내지 0.040인치, 또는 0.025 내지 0.035인치의 직경 및 그 사이의 임의의 직경을 가질 수 있다.

상기 제1 부분 또는 퍽(48)은 기준 섬유(50, 52, 54)의 일부를 포함한다. 상기 기준 섬유(50, 52, 54)는 적어도 상기 퍽(48)의 제1 면(56)을 통해 제1 거리로 매립된 제1 부분 및 상기 퍽(48)의 제1 면(56)으로부터 제2 거리만틈 연장되는 제2 부분을 갖는다. 상기 제1 부분(48)은 보이드가 없으며, 보다 구체적으로, 상기 퍽(48)에 매립되어 있는 기준섬유(50, 52, 54)의 제1 부분을 둘러싸는 영역은 보이드가 없다.

상기 퍽(48)은 상기 제2 부분(42)의 제1 면(58)에 인접한 상기 퍽(48)의 제1 면(56)으로 상기 제2 부분(42)에 결합될 수 있다. 상기 퍽(48)의 제1 면(56)과 상기 제2 부분(42)의 제1 면(58)이 만나는 평면은 보이드가 없는 계면(57)을 형성한다.

상기 퍽(48)의 제1 면(56)으로부터 제2 거리만큼 연장되는 기준 섬유(50, 52, 54)의 제 2 부분은 상기 고형체(41)의 제 2 부분(42)에 매립될 수 있다. 따라서 상기 기준 섬유(50, 52, 54)는 상기 퍽 (48) 내에서 계면 (57)을 통해 연장되어 상기 제2 부분 (42)으로 제2 거리만큼 연장된다. 상기 제2 부분(42)은 보이드가 없으며, 보다 구체적으로, 상기 고형체(41)의 제2 부분 (42)에 매립된 기준 섬유(50, 52, 54)의 제2 부분을 둘러싸는 영역은 보이드가 없다.

따라서, 상기 교정 표준(40)은 제1 섹션 또는 퍽(48) 및 제2 부분(42)으로 구성된 단일 고형체(41)로 형성된다. 상기 단일 고형체(41)는 기준 섬유(50, 52, 54)를 둘러싸고 있으며 보이드가 존재하지 않는다. 상기 기준 섬유(50, 52, 54)의 길이 및 직경은 공지되어 있고, 상기 기준 섬유(50, 52, 54)는 고형체(41)의 중심축(43)을 따라 알려진 거리만큼 연장된다.

상기 고형체(41)는 초음파 C-스캔 장치를 사용하여 중심축(43)에 평행한 방향으로 스캐닝될 수 있다. 상기 초음파 C-스캔 장치는 초음파 신호의 위상 반전 에코를 분석함으로써 기준 섬유(50, 52, 54)를 검출한다. 상기 위상 반전 에코는 C-스캔 장치에 의해 상기 고형체(41) 및 고형체(41) 내에 포함된 상기 기준 섬유(50, 52, 54)의 이미지를 생성하는데 사용된다. 상기 생성된 이미지는 조성, 크기 및 위치와 같은 기준 섬유(50, 52, 54)에 대해 알려진 정보와 비교될 수 있고, C-스캔 장치를 교정하는데 사용될 수 있다. 따라서, 상기 교정 표준(40)은 스퍼터링 타겟 물질의 비파괴 검사를 위한 초음파 C-스캐너를 교정하는데 사용될 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 교정 표준을 생성하는 하나의 방법은 예시적인 단계들을 나타내는 플로우 차트를 이용하여 설명될 수 있다. 상기 교정 표준을 생성하는 방법(100)은 홀(hole)을 갖는 퍽을 생성하는 단계를 포함한다(단계 108). 벌크 물질이 알루미늄 또는 구리와 같은 금속인 교정 표준의 경우, 단계 108은 용융된 금속 물질을 캐스팅하는 단계를 포함할 수 있다. 벌크 재료가 플라스틱인 교정 표준의 경우, 단계 108은 사출 성형을 포함할 수 있다.

홀은 퍽이 생성된 후에 퍽 내에 형성되거나 또는 퍽을 생성함과 동시에 형성될 수 있다. 예를 들어 퍽을 드릴링(drilling) 또는 보링(boring)하여 퍽 내에 홀을 형성할 수 있다. 대안적으로, 상기 퍽은 홀을 포함하도록 캐스팅 또는 성형될 수 있다.

기준 섬유는 상기 퍽의 홀 내에 위치된다(단계 110). 하나의 기준 섬유가 퍽의 각 홀 내에 위치된다(단계 110). 상기 기준 섬유는 길이가 퍽의 중심축에 평행하도록 퍽의 중심축에 평행하게 배향될 수 있다.

이후, 상기 기준 섬유를 함유하는 퍽은 캐스팅 주형 내에 배치된다. 상기 캐스팅 주형은 상기 기준 섬유가 캐스팅 주형의 중심축에 평행하게 배향된 상태로 캐스팅 주형 내에 퍽을 유지하도록 구성된다(단계 112에서). 상기 퍽이 상기 캐스팅 주형내에 배치되면, 상기 퍽의 벌크 물질과 동일한 재료인 용융된 벌크 물질이 캐스팅 몰드에 부어진다(단계 114). 충분한 양의 용융된 벌크 물질이 상기 퍽의 전면을 완전히 적시고 기준 섬유를 완전히 매립하기 위해 제공된다. 예를 들어, 상기 용융된 벌크 물질은 적어도 상기 기준 섬유의 상부를 덮기 위해 캐스팅 주형을 채울 수 있다. 펄서/수신기로부터 소정의 거리에 있는 기준 섬유를 갖는 교정 표준을 생성하기 위해, 상기 용융된 벌크 물질은 고형체 상부로부터 상기 섬유의 상부까지 측정된 용융된 물질의 깊이가 원하는 거리에 상응할 때까지 주입된다. 상기 용융된 물질이 주입된 후 냉각 및 응고되어 상기 퍽에 결합된 상기 고형체의 제2 부분을 형성하고, 상기 기준 섬유를 둘러싸게 될 수 있다.

상기 용융된 물질이 부어지고 응고되면, 상기 기준 섬유를 함유하는 퍽 및 상기 퍽에 결합된 캐스트 용융 물질이 일괄적으로 고형체를 구성한다. 상기 단일의 고형체는 캐스팅 챔버로부터 제거되고, 상기 고형체의 표면은 표면으로부터 임의의 불순물을 제거 및/또는 상기 고형체의 표면을 평활(smooth)하게 하기 위해 선택적으로 가공 또는 에칭될 수 있다 (단계 116).

상기 고형체는 선택적으로 고형체 내에 잔존하는 임의의 보이드를 확실하게 제거하기 위해 추가적인 처리를 더 수행할 수 있다(단계 118). 예를 들어 상기 고형체는 열간 등정압 압축성형(HIP) 단계를 거칠 수 있다. HIP 단계에서, 고형체는 유연(pliable)해질 때까지 가열된다. 이후 상기 고형체는 고형체 물질 내에 잔존하는 보이드를 제거하기 위해 공기 또는 기계적 압력을 사용하여 압축된다. 상기 고형체의 벌크 물질 내에 매립된 기준 섬유 주위에 잔존할 수 있는 보이드를 제거하는 것이 특히 바람직하다.

도 4에 도시된 바와 같이, 교정 표준을 생성하는 방법은 특히 벌크 물질이 금속 또는 금속 합금인 교정 표준에 적용될 수 있다. 도 4에 도시된 방법은 특히, 스퍼터링 타겟을 형성하는 물질로 교정 표준을 생성하는데 적합하다. 예를 들어 도 4의 흐름도에 개략적으로 도시된 방법은 알루미늄 또는 구리로 교정 표준을 형성하는데 적합하다. 일부 실시예에서, 여기에 개시된 방법은 세라믹, 실리콘, 중합체 물질, 흑연, 강철, 철, 알루미늄, 구리, 티타늄, 텅스텐, 탄탈륨, 금, 망간, 합금 및 이들의 조합으로 교정 표준을 형성하는데 사용될 수 있다. 도 4의 방법 (200)은 스퍼터링 타겟 물질 내 보이드 및 개재물의 위치와 특성을 결정하기 위한 에코 위상 반전 검출 기반 C-스캔 기술을 사용하는 초음파 스캐닝 장비 교정을 위한 표준을 생성하는데 사용될 수 있다.

스퍼터링 타겟 교정 표준 생성 방법(200)에서, 용융 금속 또는 용융 합금은 먼저 진공로(vacuum furnace)에서 캐스팅된다(단계 202). 상기 진공로는 고순도의 알루미늄 또는 구리를 캐스팅하기 위해 사용된다. 상기 고순도 알루미늄 또는 구리는 상기 진공로 내에서 주형으로 캐스팅된다. 상기 용융된 알루미늄 또는 구리는 상기 고형체 또는 퍽의 제1 부분을 형성하도록 캐스팅된다. 상기 퍽이 캐스팅 및 고형화되면, 상기 퍽의 표면이 세정된다(단계 204). 상기 세정 단계 (204)에서, 평활하고, 순수하며, 응집력있는 퍽 주위의 표면을 형성하기 위해 상기 퍽의 표면은 세정, 가공, 연마 또는 에칭된다. 또한, 상기 세정 단계(204)는 상기 ??의 표면에 존재할 수 있는 임의의 산화물 또는 다른 불순물을 제거할 수 있다.

상기 퍽이 캐스팅 및 세정된 후, 상기 퍽의 표면 내로 홀이 형성된다(단계 206). 예를 들어 상기 퍽이 원통형인 경우 홀은 원통형의 평평한 면 중 하나와 원통형의 몸체 내부에 형성된다. 상기 퍽에 홀을 형성하는 방법 중 하나는 드릴링이다. 원통형의 면에 홀이 형성되면, 기준 섬유가 홀 내로 삽입된다(단계 208). 상기 기준 섬유는 스퍼터링 타겟 물질 내에서 발견될 수 있는 재료를 포함한다. 예를 들어 스퍼터링 타겟 물질 교정 표준의 경우 상기 기준 섬유는 알루미늄 옥사이드, 실리콘 옥사이드, 실리콘 디옥사이드, 흑연 및 아는 통상적인 개스팅 개재물 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

상기 기준 섬유가 홀 내로 삽입되면, 퍽에 잔존할 수 있는 보이드 또는 상기 기준 섬유의 표면 및 상기 퍽의 벌크 물질 사이에 있을 수 있는 공간을 제거하기 위해 진공 고온 프레스(vacuum hot press) 또는 HIP 단계와 같은 압축 단계를 거친다(단계 210). 상기 진공 고온 프레스(vacuum hot press) 또는 HIP 단계 210은 상기 기준 섬유의 표면이 기준 섬유를 둘러싸는 보이드없는 상기 퍽의 벌크 물질에 의해 완전히 습윤될 수 있도록 충분히 길게 수행되어야 한다. 상기 압축 단계 이후, 상기 알루미늄 또는 구리 퍽은 마무리 가공(finishing) 또는 기계 가공(machining)을 거쳐, 상기 퍽의 표면 상에 침착될 수 있는 불순물 또는 산화물을 제거하게 된다(단계 212).

상기 기준 섬유를 함유하는 상기 완성된 퍽은 캐스팅 주형에 놓여진다(단계 214). 상기 캐스팅 주형은 상기 퍽의 측면과 상기 캐스팅 주형의 내부 표면 사이의 공간을 최소화하면서, 상기 퍽의 측면을 완전히 둘러싸도록 선택되어야 한다. 상기 퍽은 상기 기준 섬유가 캐스팅 주형의 상부를 향하여 연장되도록 배향되어야 한다. 상기 캐스팅 주형은 교정 표준의 물질에 따라 재용융(re-cast)되거나, 또는 용융된 알루미늄 또는 구리로 채워진다(단계 216). 알루미늄 교정 표준을 제조하는 경우, 알루미늄 퍽이 캐스팅 주형에 놓여지며, 용융된 알루미늄을 상기 캐스팅 챔버에 첨가하여 위를 향하는 상기 알루미늄 퍽의 표면을 기준 섬유의 정상(top)보다 높은 수준으로 완전히 적셔야 한다.

용융된 알루미늄 또는 구리는 상기 교정 표준이 초음파 검사를 거칠 때 상기 펄서/수신기로부터 상기 기준 섬유가 가져야 하는 거리에 상응하는 정도까지 캐스팅 주형에 가해질 수 있다. 상기 재 캐스트된 알루미늄 또는 구리는 캐스팅 챔버내에서 냉각 및 고형화되어 퍽에 결합되고, 상기 기준 섬유를 둘러싸는 고형의 알루미늄 또는 구리 본체를 형성하게 된다. 이 고형의 알루미늄 또는 구리 본체는 교정 표준을 포함한다. 상기 교정 표준은 HIP와 같은 추가적인 처리 단계를 수행하여 상기 기준 섬유 주위에 잔존하는 보이드를 제거할 수 있다(단계 218). 여기서 설명된 방법을 사용하여, 초음파 C-스캔 장비 및 소프트웨어를 교정하는 데 사용할 수 있는 교정 표준이 생성된다.

일부 실시예에서 상기 교정 표준은 초음파 검사를 수행할 것과 동일하거나, 실질적으로 유사한 벌크 물질로 형성된다. 예를 들어, 상기 교정 표준의 벌크 물질은 알루미늄일 수 있으며, 상기 교정 표준은 스퍼터링 타겟을 형성하는데 사용되는 알루미늄 잉곳 또는 물질을 검사하기 위한 초음파 C-스캔 시스템에 사용되는 교정 표준에 사용된다.. 그러나, 여기에 기재된 방법은 여기에 기술된 물질에 한정하고자 하는 의도가 아니며, 다양한 물질에 적용될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

도 5는 벌크 물질(86)이 알루미늄 및/또는 알루미늄 합금일 수 있는 교정 표준을 생성하기 위한 캐스팅 시스템(60)의 일 실시예를 나타낸 것이다. 일부 실시예에서 캐스팅 시스템(60)은 여기에 기재된 방법과 함께 사용되어 교정 표준을 형성할 수 있다.

일부 실시예에서 알루미늄 퍽(82)은 3차원 고형체를 형성하기 위해 진공 캐스트될 수 있다. 홀은 상기 퍽(82)의 제1 면(44)를 통해 퍽(82)의 본체로 연장되어 상기 퍽(82) 내부에 형성된다. 상기 퍽(82) 내부에 홀들이 형성되면, 각 홀 내부에 기준 섬유(84)가 위치할 수 있다. 상기 기준 섬유(84)는 상기 퍽(82)의 축 방향(80)에 평행한 방향으로, 상기 퍽으로부터 제2 거리만큼 연장될 수 있다. 도 5에서 상기 퍽(82) 및 교정 표준의 축 방향(80)은 화살표(80)로 도시되어 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 상기 기준 섬유(84)는 길이가 동일하나, 상기 퍽(82) 내에 다양한 거리로 배치된다. 일부 실시예에서 상기 기준 섬유(84)는 각각 다른 길이를 갖는다. 상기 교정 표준의 축 방향(80)을 따른 각각의 기준 섬유(84)의 위치는 상기 교정 표준의 단부면(end face) 중 하나로부터 스캐닝될 때 각각의 기준 섬유가 상기 제1 면(44)으로부터 배치되는 거리와 관련된다. 상기 퍽(82) 내로 상기 기준 섬유(84)가 배치되면, 상기 퍽(82)은 각 기준 섬유(84)와 각 홀의 측면 사이에 존재할 수 있는 임의의 간격(gap)을 제거하기 위해 추가 처리를 거칠 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 퍽(82)은 상기 기준 섬유(84)와 상기 홀 사이의 보이드 또는 간격을 제거하기 위해 열간 등정압 압축성형(HIP)를 거친다. 일부 실시예에 따라, 상기 퍽(82)을 교정 표준으로 추가 처리하기 위해 사용될 수 있는 예시적인 캐스팅 시스템(60)이 도 5에 도시되어 있다. 일부 실시예에서, 상기 퍽(82)를 교정 표준으로 추가 처리하기 위한 캐스팅 시스템(60)은 하부(72), 상부(74) 및 상기 상부(74) 및 하부(72) 사이에서 연장되는 측면(70)을 갖는 캐스팅 주형(68)을 포함한다. 상기 캐스팅 주형(68)의 측면(70)은 가열 코일과 같은 발열체(76)로 둘러싸일 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 캐스팅 주형(68)은 캐스팅 공정 동안 상기 상기 캐스팅 주형(68)을 그 위치에 고정시키기 위한 흑연 판(78)상에 놓일 수 있다. 상기 캐스팅 주형(68)의 단면적은 캐스팅 주형(68) 내에 위치될 때 퍽(82)의 측면 사이에 최소한의 간격이 존재하도록 퍽(82)의 단면적에 상응하여야 한다.

상기 기준 섬유(84)를 함유하는 상기 퍽(82)은 상기 캐스팅 주형(68)의 하부(72)에 위치한다. 상기 퍽(82)은 캐스팅 주형(68) 내에서 위쪽을 향하도록 배치된 기준 섬유(84)를 갖는 캐스팅 주형(68) 내에 배치된다. 상기 퍽(82)이 배치된 후 캐스팅 주형(68) 내로 벌크 물질(86)이 추가적으로 공급된다.

상기 추가 벌크 물질(86)은 상기 퍽(82)을 구성하는 물질과 동일한 물질이다. 일부 실시예에서, 상기 추가 벌크 물질(86)은 용융 또는 액체의 형태로 부어질 수 있다. 상기 액체 또는 용융된 추가 벌크 물질(86)은 기준 섬유(84)가 상기 추가 벌크 물질(86)에 완전히 매립될 때까지 부어진다. 이에 따라, 점선(90)으로 나타낸 바와 같이, 상기 추가 벌크 물질(86)은 용융된 추가 벌크 물질(86)이 기준 섬유(84)의 최상부보다 높은 수준으로 될 때까지 더해질 수 있다. 상기 추가 벌크 물질(86)은 추가 벌크 물질(86) 내로 상기 기준 섬유(84)를 완전히 매립해야 한다. 예를 들어, 상기 추가 벌크 물질(86)은 상기 기준 섬유(84)의 표면을 완전히 습윤시켜야 한다.

일부 실시예에서, 상기 추가 벌크 물질(86)은 제2 부분을 형성하기 위해 상기 기준 섬유(84)를 넘어 캐스팅 주형(68)의 원하는 부분까지 채우도록 가해질 수 있다. 선(90)에 의해 도시된 바와 같이, 상기 추가 벌크 물질(86)은 각 기준 섬유가 상기 교정 표준의 일단으로부터 위치되어야 하는 특정 거리에 상응하는 높이로 상기 캐스팅 주형(68)을 채울 수 있다. 따라서, 상기 캐스팅 주형(86)에 가해지는 추가 벌크 물질(86)의 정도는 상기 기준 섬유(84)가 상기 제1 면(44)으로부터 배치되는 거리에 상응한다(도 2에 도시됨).

상기 추가 벌크 물질(86)은 상기 제2 부분에 인접합 퍽(82)을 포함하는, 완전한 고형체를 형성하기 위해 캐스팅 주형(68) 내에서 고형화된다. 상기 고형체는 상기 기준 섬유(84)를 완전히 매립한다. 따라서, 상기 퍽(82)과 추가되는 제2 부분은 그 사이에 보이드 없이 인접해 있다. 또한, 상기 퍽(82)과 제2 부분의 결합은 상기 기준 섬유(84)를 완전히 둘러싸며, 따라서 교정 표준의 단부로부터 알려진 거리 내 및 거리에 포함된 알려진 조성의 기준 섬유(84)를 갖는 단일 고형체를 포함하는 교정 표준을 생성한다.

상기 교정 표준은 캐스팅 시스템(60)으로부터 제거될 수 있으며, 상기 기준 섬유(84)와 교정 표준 물질 사이에 존재할 수 있는 임의의 보이드 또는 간격이 제거되도록, 추가적인 가열 및 가압 단계를 거칠 수 있다.

스퍼터링 타겟은, 예를 들어, 잉곳 형상의 스퍼터링 타겟 물질을 스퍼터링 타겟의 형태로 가압함에 따라, 예를 들어, 금속, 금속 합금 또는 이들의 조합과 같은 스퍼터링 타겟 물질로부터 형성될 수 있다. 예시적인 스퍼터링 타겟 물질은 알루미늄, 구리, 티타늄, 텅스텐, 탄탈륨, 금, 망간, 및 이들의 합금 및 조합을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 일부 실시예에서 스퍼터링 타겟 물질로 가장 일반적인 성분은 알루미늄 또는 구리이다. 예를 들어, 일부 스퍼터링 타겟은 적어도, 90중량%의 알루미늄 또는 구리를 함유하는 스퍼터링 타겟 물질로 구성될 수 있다.

금속 성분에 추가로, 상기 스퍼터링 타겟 물질은, 예를 들어, 실리콘 디옥사이드, 알루미늄 옥사이드, 탄소, 수소 및/또는 공기와 같은 소량의 불순물을 포함할 수 있다. 불순물은 개재물(예를 들어 고체 불순물) 또는 보이드(예를 들어 가스 불순물)의 형태일 수 있다. 이러한 불순물은 타겟 물질 내에 존재할 수 있는 불연속부의 한 유형을 나타낸다. 개시에 기재된 방법은 금속 물질에 대하여 기술되어 있으나, 상기 방법은 비금속 물질에 또한, 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 설명된 방법론(methodology)은 비금속성 타겟 물질, 예를 들어, 세라믹 또는 중합체 물질을 검사하기 위한 교정 표준을 생성하는데 사용될 수 있다.

C-스캔 기술은 종종 스퍼터링 타겟 물질 내의 불연속부의 존재를 결정하기 위한 비파괴 검사에 사용된다. 상기 C-스캔 기술은 조사된 물질의 벌크 내에서 발견되는 불연속부가 적절하게 해석되고 크기가 조정될 수 있도록 정확하게 교정하는 것이 필수적이다. C-스캔 장치를 교정하기 위한 한가지 기술은 알려진 위치에서 알려진 불연속부를 갖는 알려진 물질을 포함하는 교정 표준을 생성하는 것이다. 상기 교정 표준은 C-스캔으로 스캔할 수 있으며, 상기 교정 표준의 시험 결과는 다른 시험 결과를 해석하기 위해 C-스캔 소프트웨어를 교정하기 위한 기준으로 사용될 수 있다. 따라서, 교정 표준은 알려진 물질 내에서 알려진 깊이/거리에서 개재물과 같은 알려진 기준 불연속부를 함유하는 알려진 물질을 갖도록 생성된다.

일부 실시예에서, 스퍼터링 타겟 물질의 C-스캔 데이터를 비교하기 위해 교정 표준이 사용될 것이기 때문에, 교정 표준은 C-스캔 검사 방법이 사용될 스퍼터링 타겟과 동일한 물질로 형성된다. 예를 들어, 상기 교정은 스퍼터링 타겟을 생성하는데 사용될 임의의 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 교정 표준은 알루미늄, 구리, 티타늄, 텅스텐, 탄탈륨, 금, 망간 및 이들의 합금 및 조합을 포함할 수 있다.

상기 개재물을 생성하는데 사용되는 기준 섬유 물질은 검사되는 재료에서 불순물이 될 수 있는 물질로부터 선택되어야 한다. 캐스트 알루미늄에서 발견할 수 있는 불순물 중 하나는 알루미늄 옥사이드이다. 따라서, C-스캔 시스템을 교정하는데 사용되는 교정 표준 및/또는 알루미늄 내 알루미늄 옥사이드의 존재를 검출하기 위한 C-스캔 시스템 및/또는 소프트웨어를 교정하는데 사용되고 있는 교정 기준은 알루미늄 옥사이드로 구성된 적어도 하나의 기준 섬유를 포함하여야 한다. 다른 실시예에서, 기준 섬유는 알루미늄 내에서 불순물로서 발견될 수 있는 임의의 물질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 실리콘 디옥사이드, 강철, 철 또는 다른 산화물 또는 금속을 포함할 수 있다.

상기 교정 표준은 개재물 또는 보이드와 같은 불연속부의 존재를 검사하기 위해 생성되므로, 상기 교정 표준을 사용할 때 정확한 기준선 판독(baseline reading)을 생성하기 위해, 상기 교정 표준은 가능한 순수한 기준 물질로 구성되어야 한다. 예를 들어, 알루미늄 스퍼터링 타겟을 검사하기 위해 생성되는 교정 표준은 가능한 높은 순도의 알루미늄으로 구성되어야 한다. 일부 실시예에서, 5N9 또는 6N9 순도로 구성되는 기준 물질이 사용될 수 있다. 교정 표준 내 의도하지 않거나, 통제되지 않은 불연속부는 교정 중 검사 판독에 영향을 미칠 수 있으며, C-스캔 장비 및/또는 소프트웨어의 부적절한 교정으로 이어질 수 있다. 따라서, 상기 교정 표준이 형성될 때, 교정 표준내의 보이드가 제거되는 것은 필수적이다.

특히, 상기 교정 표준 물질과 상기 기준 물질 사이의 계면에 위치하는 보이드는 불연속부의 단면적으로부터 음향 응답을 변경하므로, 제거되어야 한다. 또한, 보이드는 종종 고체 개재물과 다른 밀도를 가지므로, 보이드는 위상 반전 C-스캔 검사에서 부정확한 판독값을 생성할 수 있다. 여기에 기술된 방법을 사용하여, 기존의 C-스캔 검사 방법의 검출 한계보다 더 낮은 정도로 보이드를 제거하면서 교정 표준을 생성하는 것이 가능함을 보였다.

실시예

이하의 비제한적인 실시예는 본 발명의 다양한 특징 및 특성을 예시하나, 이에 제한되는 것으로 해석되서는 안된다.

일 실시예에서, 개재물을 측정하기 위한, 정밀한 교정 표준을 생성하는 방법이 입증되었다. 이 방법은 상이한 금속 시스템에서 다양한 습윤성을 갖는 다양한 종류의 개재물을 포함할 수 있음을 보이며, 다양한 물질에 사용될 수 있다.

먼저, 직경 4인치 및 깊이 2인치의 원통형 퍽을 진공로에서 캐스팅하였다. 다음으로, 상기 퍽을 상기 로에서 제거하고, 상기 퍽의 표면을 가공 및 에칭하여 표면에서 산화물을 제거하였다,

이후 상기 퍽의 표면에 홀을 뚫었다. 상기 홀의 직경은 0.03인치이고, 깊이는 0.25인치, 0.5인치 및 0.625인치였다. 그러나, 상기 각 홀의 깊이는 사용되는 교정 표준의 전체 크기에 따라 달라질 수 있다. 직경 0.010인치, 0.020인치, 0.030인치 및 0.040인치의 알루미나 섬유가 상기 홀에 삽입되었다. 상기 알루미나 섬유는 각각 다른 길이를 가지므로, 각 섬유가 삽입될 때, 각 섬유의 나머지 부분은 알루미늄 퍽의 표면으로부터 다른 높이로 돌출되었다. 이후 상기 퍽을 가열하고, 측면으로부터 열간 등정압 압축성형(HIP)을 가하였다. 상기 열간 등정압 압축성형은 상기 섬유와 알루미늄 사이의 계면에 존재할 수 있는 보이드를 제거하기 위해 수행되었다.

이어서, 캐스팅 주형의 상부를 향하여 배향된 알루미늄 섬유를 함유하는 알루미늄 퍽을 함유하는 주형 상에 알루미늄을 추가로 캐스트하였다. 이후 상기 퍽은 주형으로부터 제거되었다. 이후 캐스트된 교정 표준의 표면을 표면상의 산화물을 제거하기 위해 가공 및 에칭하였다. 열간 등정압 압축성형을 한번 더 수행하여, 상기 섬유 주변에 남아있는 보이드를 모두 막았다. 상기 섬유 주위의 보이드를 제거하기 위한 다른 방법으로 진공 고온 프레스 또한, 사용될 수 있다.

본 발명의 범위를 벗어나지 않는 설명된 예시적인 실시예에 대하여 다양한 변경 및 추가가 행해질 수 있다. 예를 들어, 상기 기술한 실시예는 특정한 특징을 묘사하였으나, 본 발명의 범위는 또한, 상기 기술한 특징 전부를 포함하지 않는 특징 및 다른 실시예를 포함한다.

Claims (10)

1. 초음파 스캐닝 장치를 교정하기 위한 기준 표준이며,
   제1 물질을 포함하고, 제1 면 및 상기 제1 면에 대향하는 제2면을 갖는 제1 부분;
   제2 물질을 포함하고, 제1 면 및 상기 제1면에 대향하는 제2 면을 갖는 제2 부분이고, 상기 제2 부분의 제2 면과 상기 제1 부분의 제1 면과 인접하여 계면을 형성하는 제2 부분;
   상기 제1 부분의 제1 면 및 제2 부분의 제2 면을 통하여 축방향으로 연장된 기준 물질;을 포함하고,
   상기 기준 표준이 상기 제1 물질과 기준 물질의 계면 및 상기 제2 물질과 기준 물질의 계면에서 보이드가 없도록 상기 제1 부분과 제2 부분이 기준 물질을 둘러싸도록 구성되는 것인 기준 표준.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 물질이 세라믹, 실리콘, 중합체 물질, 흑연, 강철, 철, 알루미늄, 구리, 티타늄, 텅스텐, 탄탈륨, 금, 망간, 및 이들의 합금 및 조합 중 적어도 하나를 포함하는 것인 기준 표준.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 기준 물질이 알루미나, 실리카, 강철 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함하는 것인 기준 표준.
   
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 물질 및 기준 물질은 상기 기준 표준이 적용되는 초음파의 반사된 에코가 위상 반전되도록 구성되는 것인 기준 표준.
   
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 기준 표준은 180미크론을 초과하는 폭을 갖는 불연속부를 포함하지 않고, 위상 반전 에코를 생성하지 않는 것인 기준 표준.
   
6. 초음파 스캐닝을 교정하기 위한 기준 표준 형성방법이며,
   제1 매트릭스 물질로부터 퍽을 형성하고, 상기 퍽은 제1 면, 제2 면 및 상기 제1 면과 제2 면 사이에서 연장되는 중심축 및 상기 중심축에 평행한 방향으로 연장되는 개구부를 포함하고,
   상기 개구부 내에 기준 물질을 배치하고, 상기 기준 재료는 퍽으로부터 제1 면을 통해 연장되고,
   상기 기준 물질을 둘러싸는 공간에 보이드가 없도록 퍽의 중심축에 수직인 방향으로 상기 퍽을 가열 및 가압하고,
   상기 기준 물질이 상기 제1 매트릭스 물질 및 제2 매트릭스 물질 내에 매립되고, 상기 기준 물질을 둘러싸는 공간 및 상기 퍽의 제1 면과 상기 제2 매트릭스 사이의 공간에 보이드가 없도록 제2 매트릭스 물질을 퍽에 캐스팅하는 것을 포함하는 기준 표준 형성방법
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 제1 물질이 세라믹, 실리콘, 중합체 물질, 흑연, 강철, 철, 알루미늄, 구리, 티타늄, 텅스텐, 탄탈륨, 금, 망간, 및 이들의 합금 및 조합 중 적어도 하나를 포함하는 것인 기준 표준 형성방법.
   
8. 제6항 및 제7항에 있어서,
   상기 기준 물질이 알루미나, 실리카, 강철 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함하는 것인 기준 표준 형성방법.
   
9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 매트릭스 물질 및 기준 물질은 상기 기준 표준이 적용되는 초음파의 반사된 에코가 위상 반전되도록 구성되는 것인 기준 표준 형성방법.
   
10. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기준 표준은 180미크론을 초과하는 폭을 갖는 불연속부를 포함하지 않고, 위상 반전 에코를 생성하지 않는 것인 기준 표준 형성방법.
    

Images