TWI824162B - 從熱擠壓程序生產用於藉由濺射法的薄膜塗覆技術之銅靶之方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種生產用於藉由濺射法的薄膜塗覆技術之銅靶之方法，其開始使用直徑為10-12吋之銅錠，該銅錠含有至少99.99%之純銅，不超過5ppm之氧含量，及不超過100ppm之其他元素。隨後使銅錠藉由熱擠壓程序及冷拉伸程序形成。熱擠壓程序為控制銅之晶粒尺寸不超過100微米最重要的程序。待研究及控制之變量為：1)擠壓比率，2)錠溫度，3)擠壓速度。
根據研究，對晶粒尺寸更有影響之變量分別為擠壓比率及錠溫度。對晶粒尺寸幾乎無影響之變量為擠壓速度。晶粒尺寸控制係基於動態再結晶機制之原理。若該動態再結晶機制之後無控制，則該晶粒尺寸將在高溫下隨著晶粒生長機制而增加。因此，必須控制熱銅，在通過擠壓模擠出之後立即用水冷卻。此技術稱為水下熱擠壓技術，其將終止該晶粒生長機制。因此，銅晶粒尺寸不超過100微米之該擠壓程序的最佳條件如下：1)擠壓程序，使用直徑10吋之銅錠：1.1)銅錠之錠溫度為750℃，1.2)擠壓速度介於5-20毫米/秒之間；
2)擠壓程序，使用直徑12吋之銅錠：2.1)銅錠之錠溫度介於750-800℃之間，2.2)擠壓速度介於5-20毫米/秒之間。
通過該擠壓模按壓之後的銅之尺寸為188mm寬及24mm厚。此後，銅尺寸在該冷拉伸程序下減小。控制冷加工減縮率不超過30%，以獲得185mm之寬度及21mm之厚度。且銅靶表面硬度為85HV(不超過100HV)。
上述程序使銅適用作用於藉由濺射的薄膜塗覆技術的銅靶，且開發了較佳品質的薄膜塗覆技術。
Description
本發明屬於金屬科學與技術領域，屬於從熱擠壓程序藉由濺射法用於薄膜塗覆之銅冶金之領域。
目前，大部分塗層使用化學方法，諸如電鍍。然而，此方法之缺點為塗層品質較低，以及環境問題，因此研究及開發諸如真空塗覆之新穎塗覆技術來替換。真空塗覆僅在真空中發生，且不使用在塗覆程序中造成環境問題的化學品。其亦可經塗覆地極薄，稱為「薄膜」。「薄膜」為厚度不超過5微米之膜。
真空中之薄膜塗覆分為兩種類型：藉由化學程序之薄膜塗覆及藉由物理程序之薄膜塗覆。
1.化學氣相沉積法(CVD)為氣態及化學反應之化學塗層變為基板材料上之新塗層，諸如電漿CVD法及雷射CVD法。
2.物理氣相沉積法(PVD)為其中塗層之原子自表面移除，且隨後擴散或散落至基板材料之表面上的方法，諸如蒸鍍法及濺射法。
濺射技術為最適用於研究及開發一些類型之膜產品的真空膜塗覆技術之一。此程序使用多種膜塗層，諸如膜、金屬、合金玻璃、陶瓷或半導體膜。可精確地控制膜厚度，且可調整膜特性。使用濺射技術之工業諸如微電子、
半導體、膜、導體及膜電阻器、硬碟驅動機、汽車玻璃、光纖建立、光伏打TV螢幕及移動螢幕。
濺射程序從藉由自塗層吸收空氣質量而在塗覆室中創建氛圍開始。控制壓力不超過1×10-6毫克，隨後將諸如氬氣之惰性氣體添加至塗層中以達到適當壓力。隨後藉由利用磁場形成氬氣之離子開始塗覆。且電場迫使離子與靶塗層碰撞以使得靶表面上之塗層之顆粒飛濺至工件之表面上以視需要形成薄膜。
在過去，1958濺射程序在具有半導體特性(提及參考專利US5598285液晶顯示裝置)之表面層中使用靶材料作為鋁(Al)金屬。儘管鋁之電阻並非最低，但由於技術之限制而使用鋁。
然而，在20世紀80年代IBM得到發展，將銅(Cu)及銀(Ag)用作靶金屬。由於兩種金屬之電阻比鋁低得多，且電遷移電阻比鋁更佳(Handbook of Thin Film Deposition，第193-195頁)。
薄膜之品質視濺射機之操作條件而定，諸如腔室中之大氣壓、將命中靶材料之氣體離子之數目，包括所用氣體類型。且其亦視靶材料之特性而定。靶材料之特性在濺射期間直接影響如下品質：
1.靶材料之純化
2.介質摻雜物：氧化物(對於Al靶為Al2O3，且對於Cu靶為CuO)之量
3.濺射期間氣體引起之孔隙率、空隙體積
4.靶材料之晶粒尺寸
5.靶材料之表面粗糙度
6.靶材料之機械強度或硬度。
先前，有許多關於材料特性、影響靶材料特性之生產方法及生產條件的研究。研究可概述如下。
專利：US 2000-6139701(Applied Material)：硬度大於45洛氏(Rockwell)之銅靶比起軟銅靶將產生較少飛濺，或硬度較小。硬度高達75洛氏之銅靶測試具有相同效果。硬度增加會使得飛濺減少。為了控制硬度，晶粒尺寸(銅晶粒尺寸)應小於50微米(若晶粒尺寸小於25微米，則更佳)。若晶粒尺寸由於形成技術(諸如鍛造、輥軋及其他處理)而較小，則硬度將增加。另一方面，晶粒尺寸大的銅濺射靶材料會對高表面粗糙度及強度降低產生影響。
專利：US 2004-6746553 B2(Honeywell International公司)：藉由濺射法在基板上形成之薄膜之品質視表面粗糙度而定。自靶表面突出之任何物將在濺射期間產生異常放電。有時稱為微電弧，使得大顆粒(巨顆粒)自靶表面散落且黏附至基板上。膜層中之大顆粒會在半導體裝置中引起短路。大顆粒之黏附稱為「顆粒」或「飛濺」。此研究揭示表面粗糙度與靶晶粒尺寸有關。若靶晶粒尺寸較小且非常細，則其將使表面更光滑。因此，減小靶之晶粒尺寸亦有可能防止「顆粒」之問題。藉由具有小晶粒尺寸之靶產生之薄膜的品質比起較大晶粒尺寸更佳。在此研究中，在使用鍛造程序形成靶材料方面研究晶粒尺寸減小及變化。
專利：JP 2010-065252(Mitsubishi Material公司)：藉由多軸向鍛造程序，銅靶材料必須具有至少99.99%之銅的純度，且需要小於20微米之晶粒尺寸。
專利：JP-A 11-158614：習知銅靶具有小於80微米之平均晶粒尺寸，使得粗糙叢集及異常放電問題減少。較小晶粒尺寸之結果來源於在銅靶生產程序中之再結晶機制。
專利：US 2011/0139615(Hitachi Cable有限公司)：高表面粗糙度係由於大晶粒尺寸，且低表面粗糙度係由於小晶粒尺寸。冷軋程序中形成之量的增加會影響產生較小晶粒尺寸。冷加工減縮率在冷軋程序中介於40-70%之間，
使得晶粒尺寸為30-100微米。銅靶經加熱處理以引起再結晶機制。再結晶晶粒尺寸根據熱處理溫度而增加。熱處理溫度介於300-400℃之間(較佳)。若熱處理溫度高於400℃，則晶粒尺寸將更大。在熱處理溫度低於300℃時，晶粒尺寸未出現再結晶晶粒。此研究中之銅靶生產程序如下。
鑄造→熱軋→冷軋→熱處理→最後輥軋
專利：JP 2012 -046771(Furukawa Electric有限公司)：他們在熱加工之前藉由控制溫度生產銅靶。控制最終輥軋之後的熱軋及冷卻速率之減少%以將晶粒尺寸控制在50-200微米範圍內。此研究中之銅靶生產程序如下。
具有Cu=最少99.99%之銅厚塊→熱軋→冷加工→熱處理。
在熱軋程序之前將銅厚塊加熱至700-1,000℃。每一道次熱軋之尺寸減小為5-30%。對於最後一個道次最終輥軋，減縮率為10-25%。在最終熱軋之後，在60秒內以至少50℃/秒用冷水冷卻銅。
專利：JP 4974197 B2 2012(Furukawa)：晶粒尺寸影響濺射特性。本發明之晶粒尺寸為100-200微米，較佳為110-190微米，且更佳為120-180微米。若晶粒小，則晶界將增加。邊界層之顆粒或原子受到干擾。塗層之原子自銅靶移除，且在濺射程序期間不規律(非均勻)地擴散至基板材料。對於大晶粒尺寸之濺射，需要高能量，因此粗糙叢集之原子形成，且形成非均勻膜塗層。此研究中之銅靶藉由兩種熱加工程序生產：熱軋程序及熱擠壓程序。生產程序如下。
銅錠(Cu=99.99%以上)→加熱(溫度=700-1,050℃)→熱軋或熱擠壓→水冷(冷卻速率=50℃/秒以上)→冷軋
對於熱軋程序：銅餅(厚150×寬220mm)→在約1,000℃之溫度下加熱→熱軋(多道次)→在最後一個道次熱軋時水冷(在60秒內冷卻速率=50℃/秒以上)→銅板(厚23×寬220mm)→機械加工表面氧化物(0.5mm/側)→銅板(厚22×寬220mm)→冷軋→銅板(厚20×寬200mm)
對於熱擠壓程序：銅錠(直徑300mm×長度800mm)→在約1,000℃之溫度下加熱→熱擠壓→水冷(在20秒內冷卻速率=100℃/秒以上)→銅板(厚22×寬200mm)→冷軋→銅板(厚20×寬200mm)
結果展示可將熱軋及熱擠壓之晶粒尺寸兩者控制成所要尺寸。然而，擠壓程序之銅之晶粒尺寸的均勻性(沿長度之頭-尾位置及沿寬度之中心-邊緣位置)小於熱軋程序。
專利：JP 4974198 B2 2012(Furukawa)：研究JP 4974197 B2 2012之後，他們研究更多關於晶粒之均勻性。他們發現在藉由熱軋處理期間動態再結晶發生。若銅靶在大氣壓中冷卻，則其會在整個銅靶寬度及長度中引起不規則晶粒尺寸問題。在本發明中，晶粒尺寸受到冷卻速率高於50℃/秒之水冷控制。熱軋程序之銅靶在60秒內於水中冷卻。熱擠壓程序之銅靶在通過擠壓模按壓之後在10秒內用水冷卻。厚度為1/2及1/4之晶粒尺寸為100-200微米(+/-10微米)。生產程序如下。
鑄造→熱軋或熱擠壓→冷軋→熱處理(可重複冷軋及熱處理)
專利：2013-019010(Furukawa Electric有限公司)：為了減少濺射程序中之異常放電，濺射靶材料必須含有至少99.99%之銅純度、不超過30微米之空隙及摻雜物缺陷、不超過10個點/平方毫米之缺陷、50-200微米範圍內之晶粒尺寸及60-100HV範圍內之硬度。生產程序如下。
銅厚塊(Cu=最少99.99%)→在700-1,000℃下加熱→熱軋(在400-600℃之溫度下，總熱加工%=最少20%，且最終熱軋時熱加工%=最少10%)→在最後一個道次熱軋時水冷(冷卻速率=最小50℃/秒)→氧化物表面機械加工→冷軋
專利：2013-133491(Hitachi Cable有限公司)：銅靶必須含有至少99.9%之銅純度及100-200微米之範圍內的晶粒尺寸。生產程序如下。
OF銅厚塊(Cu=最少99.9%)→熱軋→冷軋(冷加工%=5-30%)
專利：2014-025129(SH Copper Product公司(Hitachi))：銅靶必須為OF級銅，其純度為至少99.9%的銅，且晶粒尺寸在70-200微米及100-150微米之範圍內。生產程序如下。
OF銅厚塊(Cu=最少99.9%)→在800-900℃下加熱→熱軋(厚度減小%=85-90%，且熱軋程序之後之溫度=600-700℃)
專利：2015-017299(SH Copper Product公司(Hitachi))：銅靶必須為OF級銅，其純度為至少99.9%的銅，且晶粒尺寸在70-200微米及100-150微米之範圍內。生產程序如下。
OF銅厚塊(Cu=最少99.9%)→在800-900℃下加熱→熱軋(厚度減小%=85-90%，且熱軋之後之溫度=600-650℃)→冷軋→熱處理(可重複冷軋及熱處理)→最後冷軋(減小%=5-7%)
基於先前研究，發現大多數銅靶程序為1)鍛造2)熱軋及3)熱擠壓。通常，鍛造程序產生少量銅靶。因此，大部分銅靶自熱軋或熱擠壓程序產生，因為其可產生小至大尺寸的銅靶。然而，當前流行藉由熱軋程序產生。
近年來已進行熱擠壓之銅靶研究(Furukawa Electric，2012)。比較熱軋程序與熱擠壓之間之銅靶生產，發現藉由熱擠壓程序之銅靶之生產程序少於熱軋程序。
藉由熱軋程序之銅靶生產程序：
1)銅厚塊→2)在1,000℃下加熱→3)熱軋(多道次)→4)水冷→5)銅板→6)氧化物表面機械加工→7)銅板→8)冷軋→9)熱處理→10)銅靶(注意：步驟8及9可複製為所要尺寸)
藉由熱擠壓程序之銅靶生產程序：
1)銅錠→2)在1,000℃下加熱→3)熱擠壓(僅單一道次)→4)水冷→5)銅板→5)冷軋或冷拉伸→6)銅靶
另外，Furukawa Electric之專利(JP4974197B2 2012及JP 4974198 B2 2012)研究銅靶之特性，尤其關於熱軋與熱擠壓之間之晶粒尺寸比較。研究揭示可將熱軋及熱擠壓之晶粒尺寸控制成所要尺寸。然而，擠壓程序之銅之晶粒尺寸的均勻性(沿長度之頭-尾位置及沿寬度之中心-邊緣位置)小於熱軋程序。此意謂在晶粒尺寸方面，熱擠壓程序比熱軋程序更均勻。
另外，多種研究已得出結論，靶表面粗糙度與濺射期間之異常放電相關聯，這導致稱為「顆粒」或「飛濺」之問題。根據研究，銅靶為極小晶粒尺寸，使得表面更光滑。因此，減小銅靶之晶粒尺寸亦有可能防止「顆粒」之問題。因此，藉由小晶粒尺寸之銅靶材料產生之薄膜的品質比大晶粒尺寸更佳。然而，Furukawa Electric之近期研究(JP4974197B2 2012及JP 4974198 B2 2012)揭示銅靶之熱擠壓程序之晶粒尺寸為100-200微米。適用於薄膜應用之銅靶藉由熱擠壓程序產生，其晶粒尺寸小於100微米。因此，來自Oriental Copper之Vatchakran Taechachoonhakij主導之當前研究已開發出小晶粒尺寸在50-100微米之範圍內的用於熱擠壓之銅靶。用於產生自過去研究及當前研究獲得之銅靶及晶粒尺寸的概述方法如表1所示。
過去的研究可得出結論，藉由小晶粒尺寸之銅靶材料產生之薄膜的品質比大晶粒尺寸更佳。且在銅之晶粒尺寸方面，熱擠壓程序比熱軋程序更均勻(沿長度頭-尾位置及沿寬度中心-邊緣位置)。因此，本發明意欲藉由濺射法生產薄膜塗覆的銅靶。本發明藉由熱擠壓程序產生，該程序將銅之晶粒尺寸控制在小於100微米，以使得塗層或薄膜具有良好的品質。影響銅晶粒之晶粒尺寸及均勻性的熱擠壓程序之變量如下。
1.熱擠壓程序之擠壓比率
2.熱擠壓程序之前之銅錠溫度
3.熱擠壓程序中之擠壓速度(主壓頭速度)
在熱擠壓程序中通過擠壓模擠出銅之後，將銅在不接觸空氣之情況下在不超過40℃之溫度下在流出槽中在暴露於水下快速冷卻。此技術稱為水下熱擠壓。此為防止銅晶粒生長之重要技術，如圖1中所示(1：擠壓機；2：銅錠；3：擠壓模；4：流出槽；5：水；6：經擠出之銅；7：擠壓方向)。
熱擠壓程序之後，下一程序為冷拉伸程序，獲得50-100維氏(HV)之間的尺寸及硬度，如圖2中所示(7：擠壓方向；8：拉伸模；9：經拉伸之銅；10：拉伸方向)。
銅純度為至少99.99%，氧含量不超過5ppm，且其他元素不超過100ppm之銅錠藉由熱擠壓程序處理，該程序為控制銅晶粒尺寸之尺寸及均勻性的最重要程序。所研究及所控制的變量為1)擠壓比率2)錠溫度及3)擠壓速度。
1.擠壓比率：在此研究中，通過擠壓模擠出之熱擠壓中所用之銅錠之截面積或直徑為變量。待研究之銅錠直徑為10吋及12吋。
2.錠溫度：熱擠壓程序之前之銅錠溫度為750℃、800℃及850℃。
3.擠壓速度：藉由液壓缸之速度量測之擠壓速度，該液壓缸用於通過擠壓模擠出銅錠。此研究將在5、10及20毫米/秒之速度下進行研究。
控制變量為銅之冷卻。通常，銅在熱擠壓程序中變形之後，由於稱為動態再結晶之機制，晶粒尺寸較小。若銅通常在熱擠壓程序之後在大氣壓中冷卻，則銅之晶粒尺寸將增加。
對於其他研究，在10秒內在熱擠壓程序期間通過擠壓模擠出熱銅
之後用水冷卻銅。銅冷卻至足以允許再結晶程序進行至晶粒生長程序之前的短暫時間產生較大晶粒尺寸及不均勻晶粒尺寸。
在此研究中，控制銅之冷卻不同於其他研究，其在銅在熱擠壓程序中通過擠壓模擠出之後立即冷卻銅。在不接觸空氣之情況下在不超過40℃之溫度下將銅立即移動至擠壓模後之水通道中(水下熱擠壓)。銅立即冷卻，且由於晶粒尺寸小且均勻而無晶粒生長程序。隨後，使銅通過冷拉伸程序，以使得在下一程序中之製造之前，規格及硬度範圍內之靶材料之尺寸介於50與100維氏(HV)之間。
1:擠壓機
2:銅錠
3:擠壓模
4:流出槽
5:水
6:經擠出之銅
7:擠壓方向
8:拉伸模
9:經拉伸之銅
10:拉伸方向
11:頭部位置
12:中部位置
13:尾部位置
14:塊之長度
15:塊之寬度
16:表面
17:磨掉1/4的表面
18:磨掉1/2的表面
19:1/4厚度之邊緣位置
20:1/4厚度之中心位置
21:表面及1/2厚度之邊緣位置
22:表面及1/2厚度之中心位置
[圖1]水下熱擠壓程序
[圖2]冷拉伸程序
[圖3]根據銅塊長度量測晶粒尺寸之樣品之位置
[圖4]根據銅塊寬度量測晶粒尺寸之樣品之位置
[圖5]頭部位置處之晶粒尺寸(錠直徑10吋，溫度750℃，速度5毫米/秒)
[圖6]中部位置處之晶粒尺寸(錠直徑10吋，溫度750℃，速度5毫米/秒)
[圖7]尾部位置處之晶粒尺寸(錠直徑10吋，溫度750℃，速度5毫米/秒)
[圖8]頭部位置處之晶粒尺寸(錠直徑10吋，溫度750℃，速度10毫米/秒)
[圖9]中部位置處之晶粒尺寸(錠直徑10吋，溫度750℃，速度10毫米/秒)
[圖10]尾部位置處之晶粒尺寸(錠直徑10吋，溫度750℃，速度10毫米/秒)
[圖11]頭部位置處之晶粒尺寸(錠直徑10吋，溫度750℃，速度20毫米/秒)
[圖12]中間位置處之晶粒尺寸(锭直徑10吋，溫度750℃，速度20毫米/秒)
[圖13]尾部位置处之晶粒尺寸(錠直徑10吋，溫度750℃，速度20毫米/秒)
[圖14]頭部位置處之晶粒尺寸(錠直徑10吋，溫度800℃，速度5毫米/秒)
[圖15]中間位置處之晶粒尺寸(錠直徑10吋，溫度800℃，速度5毫米/秒)
[圖16]尾部位置處之晶粒尺寸(錠直徑10吋，溫度800℃，速度5毫米/秒)
[圖17]頭部位置處之晶粒尺寸(錠直徑10吋，溫度800℃，速度10毫米/秒)
[圖18]中間位置處之晶粒尺寸(錠直徑10吋，溫度800℃，速度10毫米/秒)
[圖19]尾部位置處之晶粒尺寸(錠直徑10吋，溫度800℃，速度10毫米/秒)
[圖20]頭部位置處之晶粒尺寸(錠直徑10吋，溫度800℃，速度20毫米/秒)
[圖21]中間位置處之晶粒尺寸(錠直徑10吋，溫度800℃，速度20毫米/秒)
[圖22]尾部位置處之晶粒尺寸(錠直徑10吋，溫度800℃，速度20毫米/秒)
[圖23]頭部位置處之晶粒尺寸(錠直徑10吋，溫度850℃，速度5毫米/秒)
[圖24]中間位置處之晶粒尺寸(錠直徑10吋，溫度850℃，速度5毫米/秒)
[圖25]尾部位置處之晶粒尺寸(錠直徑10吋，溫度850℃，速度5毫米/秒)
[圖26]頭部位置處之晶粒尺寸(錠直徑10吋，溫度850℃，速度10毫米/秒)
[圖27]中間位置處之晶粒尺寸(錠直徑10吋，溫度850℃，速度10毫米/秒)
[圖28]尾部位置處之晶粒尺寸(錠直徑10吋，溫度850℃，速度10毫米/秒)
[圖29]頭部位置處之晶粒尺寸(錠直徑10吋，溫度850℃，速度20毫米/秒)
[圖30]中間位置處之晶粒尺寸(錠直徑10吋，溫度850℃，速度20毫米/秒)
[圖31]尾部位置處之晶粒尺寸(錠直徑10吋，溫度850℃，速度20毫米/秒)
[圖32]頭部位置處之晶粒尺寸(錠直徑12吋，溫度750℃，速度5毫米/秒)
[圖33]中間位置處之晶粒尺寸(錠直徑12吋，溫度750℃，速度5毫米/秒)
[圖34]尾部位置處之晶粒尺寸(錠直徑12吋，溫度750℃，速度5毫米/秒)
[圖35]頭部位置處之晶粒尺寸(錠直徑12吋，溫度750℃，速度10毫米/秒)
[圖36]中間位置處之晶粒尺寸(錠直徑12吋，溫度750℃，速度10毫米/秒)
[圖37]尾部位置處之晶粒尺寸(錠直徑12吋，溫度750℃，速度10毫米/秒)
[圖38]頭部位置處之晶粒尺寸(錠直徑12吋，溫度750℃，速度20毫米/秒)
[圖39]中間位置處之晶粒尺寸(錠直徑12吋，溫度750℃，速度20毫米/秒)
[圖40]尾部位置處之晶粒尺寸(錠直徑12吋，溫度750℃，速度20毫米/秒)
[圖41]頭部位置處之晶粒尺寸(錠直徑12吋，溫度800℃，速度5毫米/秒)
[圖42]中間位置處之晶粒尺寸(錠直徑12吋，溫度800℃，速度5毫米/秒)
[圖43]尾部位置處之晶粒尺寸(錠直徑12吋，溫度800℃，速度5毫米/秒)
[圖44]頭部位置處之晶粒尺寸(錠直徑12吋，溫度800℃，速度10毫米/秒)
[圖45]中間位置處之晶粒尺寸(錠直徑12吋，溫度800℃，速度10毫米/秒)
[圖46]尾部位置處之晶粒尺寸(錠直徑12吋，溫度800℃，速度10毫米/秒)
[圖47]頭部位置處之晶粒尺寸(錠直徑12吋，溫度800℃，速度20毫米/秒)
[圖48]中間位置處之晶粒尺寸(錠直徑12吋，溫度800℃，速度20毫米/秒)
[圖49]尾部位置處之晶粒尺寸(錠直徑12吋，溫度800℃速度20毫米/秒)
[圖50]頭部位置處之晶粒尺寸(錠直徑12吋，溫度850℃，速度5毫米/秒)
[圖51]中間位置處之晶粒尺寸(錠直徑12吋，溫度850℃，速度5毫米/秒)
[圖52]尾部位置處之晶粒尺寸(錠直徑12吋，溫度850℃，速度5毫米/秒)
[圖53]頭部位置處之晶粒尺寸(錠直徑12吋，溫度850℃，速度10毫米/秒)
[圖54]中間位置處之晶粒尺寸(錠直徑12吋，溫度850℃，速度10毫米/秒)
[圖55]尾部位置處之晶粒尺寸(錠直徑12吋，溫度850℃，速度10毫米/秒)
[圖56]頭部位置處之晶粒尺寸(錠直徑12吋，溫度850℃，速度20毫米/秒)
[圖57]中間位置處之晶粒尺寸(錠直徑12吋，溫度850℃，速度20毫米/秒)
[圖58]尾部位置處之晶粒尺寸(錠直徑12吋，溫度850℃，速度20毫米/秒)
在熱擠壓程序之前在750℃、800℃、850℃下加熱製備銅錠(直
徑為10吋，長度為643mm，且直徑為12吋，長度為471mm)。熱銅錠通過擠壓模立即擠出至水通道(水下熱擠壓)。擠壓速度為5毫米/秒、10毫米/秒及20毫米/秒，如表2中所示。通過擠壓模按壓之後之銅之尺寸為188mm寬、24mm厚及6,000mm長。隨後，銅在冷拉伸程序中通過拉伸模拉伸。%冷拉伸程序之減縮率為14%(不超過30%)。通過拉伸模拉伸之後之銅之尺寸為185mm寬、21mm厚及7,000mm長。根據銅塊長度將用於微結構測試之樣品切割形成頭部、中部及尾部位置，如圖3中所示(11：頭部位置；12：中部位置；13：尾部位置；14：塊之長度；15：塊之寬度)。
檢查所有樣品(頭部、中部及尾部)在表面寬度、¼厚度及½厚度之邊緣及中心處的微結構，如圖4中所示(16：表面；17：磨掉1/4的表面；18：磨掉1/2的表面；19：1/4厚度之邊緣位置；20：1/4厚度之中心位置；21：表面及1/2厚度之邊緣位置；22：表面及1/2厚度之中心位置)。
10吋直徑之銅錠之各位置處的微結構結果展示於圖5-31及表3中。且12吋直徑之銅錠之各位置處的微結構結果展示於圖32-58及表4中。
最佳發明
已揭示於本發明之揭示內容中
1:擠壓機
2:銅錠
3:擠壓模
4:流出槽
5:水
6:經擠出之銅
7:擠壓方向
Claims (7)
- 一種形成包含至少99.99%之純銅之銅靶之方法，該銅靶具有晶粒尺寸之均勻性，其中該方法包含以下步驟：將銅錠熱擠壓通過擠壓模立即至水通道中，及在該熱擠壓之後冷拉伸該銅錠，其中該銅錠之銅晶粒尺寸小於100微米，其中該方法符合以下條件：i)當使用直徑為10吋之銅錠時，在進行該熱擠壓之前，將該銅錠加熱至750℃之溫度，且擠壓速度介於5-20毫米/秒之間，其中晶粒尺寸之均勻性意指平均晶粒尺寸之標準差(SD)為3.76、3.51或3.35微米；及i)當使用直徑為12吋之銅錠時，在進行該熱擠壓之前，將該銅錠加熱至750℃-800℃之溫度，且擠壓速度介於5-20毫米/秒之間，其中晶粒尺寸之均勻性意指平均晶粒尺寸之SD為2.99、2.78、3.71、3.59、2.17或1.12微米。
- 如請求項1之方法，其中將該銅錠通過該擠壓模擠出並且立即用水冷卻。
- 如請求項1之方法，其中擠壓速度為5、10或20毫米/秒。
- 如請求項1之方法，其中冷拉伸減縮率不超過30%。
- 一種由如請求項1至4中任一項之方法所獲得之銅錠，其具有晶粒尺寸之均勻性，其中該銅錠之銅晶粒尺寸小於100微米，並且其中晶粒尺寸之均勻性意指平均晶粒尺寸之SD為3.76、3.51、3.35、2.99、2.78、3.71、3.59、2.17或1.12微米。
- 如請求項5之銅錠，其進一步包含不超過5ppm之氧含量，及不超過100ppm之其他元素。
- 如請求項5之銅錠，其中該銅靶之銅硬度不超過100維氏。
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|---|---|---|---|---|
| US20090020192A1 (en) * | 1999-12-16 | 2009-01-22 | Segal Vladimir M | Copper Sputtering Targets and Methods of Forming Copper Sputtering Targets |
| TW201111536A (en) * | 2009-08-28 | 2011-04-01 | Furukawa Electric Co Ltd | Copper material for use in a sputtering target, and manufacturing method therefor |
-
2020
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