TWI333508B - - Google Patents

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1333508 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種藉ώ描〜丄 及其製造方法。 #由挺_成深鋼狀之銅製減餘 【先前技術】 近年來，於電子領蛣、β u ,, -$蝕性材料或裝飾之領域、觸 媒領域、切削、研磨材或耐磨 τ熠相性材科之製作等眾多領域 中，係使用形成金屬或陶究材料等之被膜的賤鍛。< 賤鐘法本身於上述領域中係周知之方法’但最近，特 ::電子領域中，要求適合於可形成複雜形狀之被膜及形 成電路之銅製濺鍍靶。例如， ^扒如已使用具有深鍋狀三維構造 的銅製靶（HCM乾）。 圖la中例示習知之靶材、而於圖lb中則例示具有深 。狀三維構造的銅製乾。使用深鋼狀乾時’係進行離子化 濺鍍，其特徵為可形成高密度電漿。 一般的平板靶，係使Ar離子撞擊靶材而擊出金屬原 子以進行成膜。相對於此，離子化滅鍍，其特徵在於，使 :广子撞擊靶材而擊出金屬原子為止雖然與平板靶相同， 但疋金屬原子可藉高密度電漿而被離子化，藉此可賦予離 子化之金屬原子方向性，而可將金屬原子填充至孔洞等深 槽中。 —般=言，具有此種三維構造之銅製靶，係藉由將金 炫解、禱造後之鑄錠或小鋼坏高溫鍛造後，進行退火、 亚且加以模鍛而製成。如此之製程中，鑄錠或小鋼坏之高 1333508 溫鍛造’會破壞鑄造組織、使氣孔及偏析擴散或消失，並 且藉由將其退火以再結晶化，而可使組織之細密化與強度 提局某種程度。 其次’將該經锻造及再結晶退火之材料加以模鍛，藉 此製成具有既定三維構造之銅製靶形狀，並且更進一步進 行模鍛後之再結晶退火及去應變退火，最後進行表面加 工，而製成銅製乾。 此銅製靶之製造方法，在—般的平板型靶製造中並無 特別問題，但於如上述之具深鍋狀三維構造之銅製靶時， 卻會有幾個問題。 由於靶製造時之模鍛中，會產生受到強烈塑性變形之 p刀y邊乎不叉塑性變开》之部分，因此於其後之組織便 產生出差異例如，與鍛造方向相對向之部位，僅受到壓 縮力，而沿鍛造方向之部位（亦即，深鍋狀構造之内侧面）， 則受到類似拉伸加工（ironing)般之強加工。 如此又到強烈塑性變形之部位及弱塑性變形之部位， :模鍛前之退火時的再晶粒尺寸有报大的影響，且會使結 位”硬度產生很大的變化。亦即，受到強烈塑性變形 之〇卩位其晶粒會微纟 田化而又到弱塑性變形之部位則粗大 化。又，該受到強烈塑性變形之部位及弱塑性變形之部位 的邊界區域，則為；、日人 不規則k 5之狀態、或為階段性變化之 結晶構造。 必須為均一，並且為了 ’無法得到該強度，且 特別是，深鍋狀靶之内面組織 維持其形狀需要充分的強度，以往 6 1333508 由於潛變現象而使凸緣部產生較大變形，是其問題。 一般而言，實施濺鍍時，乾材之結晶愈細則愈能均一 地成膜，電弧及粒子的發生少，而可製得均一且具安定特 性的膜。因此，模锻及於其後的退火所產生之如上述的晶 粒粗大化或不規則晶粒的存在，會增加電弧及粒子的發 生，而產生使濺鍍成膜品質降低的大問題。 又，結晶配向的大幅變動、或靶材各部位硬度的差異， 會對⑽速率造成很大的影響，而產生絲材品質降低的 問題。 由上所述’藉由模锻所製造之具深銷狀構造的銅製藏 鐘無’由於㈣不同部位硬度的差異、結晶方位的差里、 晶粒的粗大化與不均—性，而有使臈之性質降低的問題。 【發明内容】 本發明’為了解決上述問題，其課題在於，藉由改良、 下功夫於鍛造製程及熱處理製程，絲材各部位的硬度高 且均一、具有於深锅狀k之凸緣部不會產生變形之充分強 度，又使結晶方位的變動減少、並且使晶粒粒徑微細且均 一化，而減少歸時突粒（nodule)及粒子（parti叫的發生， 以製得品質優異之賤錄乾。 本發明係提供： ^ 1. 一種深鍋狀銅製濺鍍靶，係藉由模鍛所製造，其特 徵在於’該深銷狀把内面所有部位的維克氏硬& Η、皆為 以上。 ‘ 2.如上述1所記载之深鍋狀銅製濺鍍靶，其中，硬度 7 1333508 於室溫下進行5〇%以上加工比的預成形。藉由上述鍛造， 可破壞鑄造組織，而使氣孔及偏析擴散或消失。 再者，將其以1〇〇〜2〇〇<t之溫度進行再結晶化退火， 以調整晶粒。且更進一步將該再結晶退火材卩ι〇〇〜擔。C 之溫度模鍛成深鍋狀，而製成深鍋狀銅製濺鍍靶。 該高溫鍛造以捏合鍛造（Kneading)為佳，重複地高 溫锻造有助於特性的改善。χ，再結晶溫度可考量應變 量與溫度及時間以決定最適當的溫度。該高溫捏合鍛造 t，較佳為使真應變之絕對值合計為4以上。 該預成形係於室溫下實施。又，此時之加工度雖依最 終所要求的晶粒粒徑而不同’但α 2()%以上為佳。特別是 以50〜90%之加工比進行加工為佳。藉此，於材料幸導入 增加強度的加工應變。如此，進行低溫預成形之理由，係 為了導入更大之加工應變、及使預成形製程中之材料溫度 於可能的範圍内保持一定。藉 之楮此可使所導入之應變足夠 大，且均一。 進亍該低溫預成开彡德，α ^ W攻小傻進仃再結晶退火以調整晶粒。 s亥低溫預成形後之再么士 a 土艮* aa 火係以較低溫之1 〇〇〜2〇〇。匚 來進仃。即使低溫之退火，亦可藉預成形導人足夠的應變， 因此可再結晶。藉此’可使平均晶粒粒徑為一以下。 又，可使平均晶粒粒徑最大部位之平均晶粒粒徑〇〇、 興平均晶粒粒徑最小部位之孚 9 Λ 勹4之十均晶粒粒徑d0之D0/d0< 人υ。如此’即使伴隨加工 ^ 乂衣揭狀之過度加工，但亦能如 别所述於深鍋狀靶的各部位， 1定平均晶粒粒徑細化，進而 9 使晶粒粒徑之變化少 法。 最終製㈣得具微細且均-之結晶的乾材。

皆係源於本發明之特異的加工方 °亥低/m預成形為本發明之重要製程 接I將5玄具微細且均一之結晶的低溫預成形材進行 又’本模锻係包含旋播（spinnlng)加工。亦即， :月曰所圯載之全部的模鍛皆包含該旋擠加工。並且， ;杈鍛後彳進行結晶均質化退火及去應變退火。 騎財，雖然會產生如上述之受到強烈應變的部位、 /、幾：未又到之部纟’但是未受到強烈應變的部位，由於 已在刖製程的低溫預成形中將晶粒調整為微細，因此愈其 他受到強烈應變的部位之晶粒粒徑並不會產生很大的差 異〇 瓦 此藉由杈鍛後之結晶均一化退火或去應變退火， 將内部所發生之應變加以去除，而可製得具有整體大致皆 均-之晶粒粒徑的靶材。於是，製得平均晶粒粒徑最大部 位之平均晶粒粒徑D'與平均晶粒粒徑最小部位之平均晶 粒粒^ d之關係為D/ d〈 2 ()之深鋼狀銅濺鍛乾。 藉由上述製程，可使深銷狀把内面之全部部位的維克 氏硬度Hv皆為7Q以上。其係本發明之顯著特徵。只要達 成X更度间且均—之深鋼狀銅乾的條件，則可製得凸緣部 不曰又$且機鍍時產生之突粒及粒子少、機鍍特性優異 靶如it 1¾深鍋狀銅靶之凸緣部，不會成為濺鍍時之 濺蝕部，且與其他部位同樣具高硬度因此不會變形是其 10 1333508 特徵。 因此，本發明之深鍋狀鈿肉而+人Arr时 狀耙内面之全部部位，係達成维 克氏硬度Hv皆為70以上之深鍋狀銅靶，係本發明之主要 構成’此點理應當容易理解。特別是，該平均維克氏硬度 Hv以80以上為佳。 並且可使硬纟Hv t隶南部位與最低部4立的硬度差 為±30%以内。此亦為本發明之顯著特徵之一，可製得更良 好之乾材。 以此方式所製造之深鋼狀銅濺鍵乾其内部之面，可使 其具有以X射線繞射所測得之（220)、（111)、（2〇〇)、（3ιι) 的、'·〇 a日配向，亚且使該深鍋狀靶之濺蝕面的結晶配向係以 (220)為主配向。特別是’結晶配向（22G)之配向率以桃 以上為佳。又，如上所述，當然可達成本發明之第一定義 之乾内面的硬度。 本I明中，雖然深鍋狀靶之濺蝕面的結晶配向係以（2加) 作為主配向，但是深鍋狀靶之濺蝕面，並非指全部之内面。 亦=，深鍋狀靶之凸緣部及底面中央部並不會受到濺蝕。 而是濺鍍粒子所时（沉積）之區域。此係深鍋狀靶之固 有現象。 因此可理解該等部位，並不需使結晶配向為主配 向。亦即’該等部位即使為（220)主配向，其他結晶亦可具 有配向，並不特別構成問題。 八 又，未受到濺蝕之凸緣部及底部的中央，係後述 及F的部分，其分別為靶内面全體面積約1 5 %( A部）、 1333508 8% ( F部）的範圍。

叶為主配向的部 如上述之深鍋狀靶 分，可見特殊之濺鍍現象。於以下進行說明 7乾材’通常絲側面受到賤餘，而被錢擊出的原 子，則破高密度電聚離子化而落在晶圓上，但非上述全部 原子皆會被離子化，錢擊出的原子會朝四面八方飛散 而亦會堆積於乾之底面側。因此，為了提升原子之離子化 率，較佳為減少受濺擊之原子。 通常，賤鑛所使用之乾材的賤餘面，係下功夫使㈣ 率提升，但當以（220)為主配向時，則具有與—般之乾計 全相反的功能。亦即，與滅鍍速率大之（ηι)配向相比，（22= 主配向’具有濺鏟速率較小之特徵。 其反而是好現象，可減少受濺擊的原子數目，而可提 升原子之㉟子化率。因此，可相對增加落在晶圓上的離子 數。如此，由於可防止靶材受到無意義地濺蝕，因此具有 可提升靶材壽命之效果。 因此，深鍋狀靶内部之濺蝕面多為（22〇)結晶配向，由 此觀點可說亦為極佳之型態。特別是，當結晶配向（22〇)之 配向率，較佳為45%以上，而以平均為5〇%以上為特佳。 如上所述，由於深鍋狀靶之凸緣部及底部非為濺蝕部， 因此結晶配向（220)之配向率，可全部忽視。 實施例 其次，說明實施例。又，本實施例係辑示發明之—例， 本發明並不限於該等實施例。亦即，亦包含本發明之技術 12 1333508 思想所含之其他樣態及變形。又，下述亦揭示比較例，而 該比較例係習知製程之例。 將銅（6N )材料加以溶解、鑄造，而作成鑄錠。其次， 對該鑄錠以800°C進行高溫捏合鍛造。藉由該高溫捏合锻 造’可破壞鑄造組織、使氣孔及偏析擴散或消失，而得到 組織均一之鍛造品。 接著，使用該高溫捏合鍛造材，在室溫下實施9〇%之 加工比的預成形。於實施該預成形後，以1 5〇〇c進行2小 時的再結晶退火，以調整晶粒。藉此，可調整成平均晶粒 粒控為65μιη以下之微細且均一的晶粒度。 將該具有微細且均一之結晶的預成形材，模鍛成深鍋 狀靶。模鍛係以1 00°C進行。 圖2，係以該製程所製成之深鍋狀乾的截面圖。圖2 之A係表示凸緣部、B，c為側部、〇為連結部、E，F(中央） 則為鍋底部。又，如上述，該圖2之部位中，凸緣部A與 底。卩F於濺鍍時並不會受到濺蝕。將以χ射線繞射（) 所測得之結晶配向的強度規格化值（係將XRD峰值強度 除以JCPDS (卡片編號40836 )之相對強度之值）示於表 13 1333508 [表i] X射線繞射結果(將XRD峰值強度除以JCPDS之相對強度之值） (111) (200) (220) (311) 合計 (220)之配向率 JCPDS 相對強度 100 46 20 17 比較例 B 129 61 213 96 498.2 0.43 C 78 61 141 49 328.6 0.43 D 137 61 125 102 425.1 0.29 E 95 102 159 209 565.1 0.28 實施例 B 54 96 294 162 607.0 0.48 C 99 87 363 185 732.5 0.50 D 61 61 347 93 562.7 0.62 E 51 64 354 77 545.5 0.65 如該表1所示，具有以X射線繞射所測得之（220)、 (111)、（200) ' (31 1)的結晶配向。而作為濺蝕部之B〜E全 部皆以（220)為主配向。因此，可知具有該結晶配向中之（220) 的配向率為45%以上之特徵。 平均粒徑示於表2。分別為 Α: 64μπι、B: 63 μηι、C: 6 1 μιη、D: 76μπι、Ε: 50μιη、F: 42μιη，而平均晶粒粒徑最 大部位之平均晶粒粒徑D、與平均晶粒粒徑最小部位之平 均晶粒粒徑d兩者的關係為D/ d=l .8。如此，可製作沒有 粗大粒及極端微細粒之具有較均一且微細組織的靶材。 於模鍛時，會產生上述受到強烈應變之部位、及幾乎 沒有受到應變之部位，由於在前製程之低溫預成形、再結 晶退火中已將晶粒調整成微細，因此只要進行本製程則不 會有顯著的晶粒成長，而與受到應變之部位的晶粒粒徑不 會產生很大的差異。 14 1333508 [表2] 晶粒粒徑（μιη) 比較例 實施例 A 88 64 B 91 63 C 88 61 D 96 76 E 86 50 LT' f 88 42

以上述製程所製成之深鍋狀靶的維克氏硬度（Ην)其 測疋結果係示於表3。本來只要jjv70以上即可達成效果， 但如表 3 所示，分別為 A: 93、B: 1(H、C: 82、D: 80、E: 97、 F: 102，全部部位皆超過Hv80，可知具有更高之強度。 又’硬度Ην最高部位與最低部位之硬度差為土3〇%以 内，而可確認具有均質之硬度。其係於低溫預成形及低溫 之再 '纟。SB退火中將晶粒調整成微細之結果，而為本發明之 —大特徵。又，如上述，深鍋狀靶之凸緣部A亦達成Hv93

之向硬度。如此凸緣部A之高硬度化，在防止變形方面， 為更佳之結果。 又，藉由使（220)配向為主配向，可減少受濺擊的 數目、提升離子化率’而可相對增加落在晶圓上的離子數， 由於其可防止耙材受到無意義地濺蝕，因此與濺， 之(111)配向相t匕，可知具有可提升把材壽命之效果。…大 15 1333508 [表3] 維克氏硬度（Hv)

Pos. 比較例 實施例 A 46 93 B 47 101 C 45 82 D 44 80 E 47 97 F 47 102 (比較例）

與實施例同樣地作成銅（6Ν )鑄錠。將該禱旋藉由低 溫鍛造’以低溫進行50%加工比之預成形，並以3〇(Γ * 行2小時之再結晶化退火。將該預成形材以4〇〇t：同樣模 鍛成深鋼狀之乾材。並且，模鍛後以4 2 5。(：進行結晶均_ 化、去應變退火。 與實施例同樣的，將以X射線繞射（XRD )所測得之 結晶配向的強度規格化之值（係將XRD峰值強度除以 JCPDS (卡片編號40836 )之相對強度之值）示於表丄。 如表1所示，雖具有以X射線繞射所測得之（22〇)、 (1 1 1)、（200)、（3 1 1)的結晶配向，但該結晶配向中之（22〇) 不一定為主配向，濺蝕部之部位（D)其主配向為（1 n)，部 位（Ε)之主配向為（3 11)。如此，主配向各不相同，而並不 滿足本發明之條件（亦即，（220)主配向之條件）。 與實施例同樣的’圖2之E，F為鍋底部、Α為凸緣部、 16 1333508 B，c，D為側部，且皆為乾側（機鍍時受到㈣之側），該

纪内部之A、B、c、d、e、f的平均粒#示於表2。分別 為 A. ^m、B:91_、C:88_、D:96^、E:86_、F 88μηι，晶粒皆粗大化超過85μιη。 並且，以比較例之製程所製成的深銷狀乾，1唯克氏 硬度（Ην)之敎結果亦同樣示於表3。如該纟3所示， 分別為 A:46、B:47、C:45、d:44、e:47f47，m 的部位皆低於HV50,並不具有足夠的強度。如此平均粒徑 之粗大化與硬度的降低，被認為係由於模锻溫度及模鍛後 之退火溫度過高之故。 又，如上述，凸緣部 夠的硬度，且由於不均一 產生變形。 A之硬度為Hv46，並無得到足 之，.且織且強度不足而使乾凸緣部

又，由於錢速率大之（111)配向率整體而言均高，受 滅=原子數目多、使原子之離子化率降低，而有相對減 V:在晶圓上之離子數的傾向。由於乾材受到無意義地滅 紇夕，因此靶材之壽命與實施例相比降低許多。 本發明具有下述效果：乾 藉由使晶粒粒徑微細且均—化 以抑制靶之變形，並且可減少 而可製得品質優異之濺鍍乾， 用銅乾材。 之各部位的硬度高且均一， 及減少結晶方位的變動， 濺鍍時突粒及粒子的發生， 因此，極適用於離子化濺鍍 【圖式簡單說明】 圖1a、lb ’係說明平板狀乾與深鋼狀乾錢鍍狀況的 17 1333508 概略說明圖。 圖2，係模鍛後之深鍋狀靶之截面圖。 【主要元件符號說明】 A 凸緣部 B, C 側部 D 連結部 E，F 鍋底部

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Claims (1)

133350¾^ 95107542號案(96年10月修正) 十、申請專利範圍： 1. -種深鍋狀銅製賤鍍乾，係藉由模鍛所製造 徵在於： ”付 該深鍋狀靶内面所有部位的維克氏硬度Hv皆為70以 上0 2. 如申請專利範圍第1項之深鍋狀鋼製濺鍍靶，其 中’硬度Hv最高部位與最低部位的硬度差為±地以内。 3. 如申請專利範圍第…項之深銷狀銅製㈣乾， • 其中，靶組織之平均晶粒粒徑為65μΐη以下。 々申叫專利範圍第1 $ 2項之深銷狀銅製濺鍍乾， 其中，取大平均晶粒粒徑/最小平均晶粒粒徑< 2.〇。 5. 如申請專利範圍第3項之深鍋狀銅製賤鍛靶，其 中，取大平均晶粒粒徑/最小平均晶粒粒徑< 2 〇。 6. 如申請專利範圍第1 & 2項之深鍋狀銅製濺鍍靶， 其中，深鍋狀靶内部之面具有以χ射線繞射所測得之 (220) (1 1丨）、（200)、（3 11)的結晶配向，且該深鍋狀靶之 • 錢触面的結晶配向係以（220)為主配向。 7·如申請專利範圍第1或2項之深鍋狀銅製濺鍍靶， • 其中，深鍋狀靶内部之面具有以X射線繞射所測得之 ,(22〇)、（U1)、（2〇〇)、（311)的結晶配向，且該深鍋狀靶之 濺蝕面的（220)結晶配向其配向率為45%以上。 十一、圖式： 如次頁 19