KR20110083640A

KR20110083640A - 스퍼터 타겟 제조 방법 및 이에 의해 제조된 스퍼터 타겟

Info

Publication number: KR20110083640A
Application number: KR1020117010028A
Authority: KR
Inventors: 엠. 커크 홀콤; 데이빗 비. 스마터스
Original assignee: 토소우 에스엠디, 인크
Priority date: 2008-11-03
Filing date: 2009-11-03
Publication date: 2011-07-20
Also published as: JP2012507626A; KR101626286B1; WO2010051040A1; JP5696051B2; US20110214987A1; US9150957B2

Abstract

BCC 금속 또는 BCC 금속 합금으로부터 스퍼터 타겟을 제조하는 방법이 제공된다. 잉곳은 전자빔 용융되고 진공 아크 감소를 받게 된다. 잉곳은 이어서 3축 단조되어, 3축 단조 단계 중에 잉곳의 중심선을 잉곳의 중심에 유지한다. 잉곳은 이어서 진공 어닐링되고 시계방향 압연된다. 시계방향 압연 중에, 잉곳의 중심선은 잉곳의 중심에서 시계방향 롤링 중에 사용된 압축력에 수직으로 유지된다. 시계방향 롤링된 잉곳은 이어서 진공 어닐링되고 스퍼터 타겟으로서 사용을 위한 거의 전체 형상으로 제공된다. 적어도 99.5%의 순도 및 약 25 ppm 미만의 틈새 함량(CONH)을 갖는 탄탈 타겟 재료가 개시된다. 탄탈 타겟은 본 발명에 따르면 약 50 내지 100 미크론의 입경 및 중심을 향해 더 높은 %의 {111} 구배를 갖는 혼합된 {100}/{111} 조직을 갖는다.

Description

스퍼터 타겟 제조 방법 및 이에 의해 제조된 스퍼터 타겟{METHOD OF MAKING A SPUTTER TARGET AND SPUTTER TARGETS MADE THEREBY}

관련 출원의 상호 참조

본 출원은 2008년 11월 3일 출원된 미국 가출원 제 61/198,098호의 우선권 이득을 청구한다.

기술 분야

본 발명은 스퍼터 타겟 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 물리적 기상 증착(PVD)은 박막이 기화된 형태의 소스 재료의 응축을 경유하여 원하는 기판 상에 증착되는 다양한 기상 증착 기술에 관련된다. 코팅법은 화학적 기상 증착(CVD) 방법에서와 같이 화학 반응을 수반하는 프로세스와는 대조적으로 플라즈마 스퍼터 및 진공 증착을 포함하는 순수 물리적 프로세스를 수반한다.

음극 스퍼터링은 기판 상에 재료의 얇은 층의 증착을 위해 광범위하게 사용되는 하나의 PVD 형태이다. 기본적으로, 스퍼터링 프로세스는 소정의 기판 상에 얇은 필름 또는 층으로서 증착될 재료로부터 형성된 타겟의 가스 이온 충격을 필요로 한다. 이러한 프로세스 중에, 타겟은 배기되어 불활성 가스, 바람직하게는 아르곤으로 재충전되어 있는 챔버를 가로질러 타겟의 스퍼터링 표면이 기판에 대면하도록 위치된다. 고전압 전기장이 캐소드로서 작용하는 타겟과 스퍼터 타겟 근처에 위치된 애노드 사이에 인가된다. 전기장은 불활성 가스의 분자와 충돌하도록 캐소드로부터 견인된 전자를 유도하고, 이에 의해 가스를 이온화한다. 양전하 하전된 가스 이온은 캐소드에 끌어당겨지고, 여기서 이온은 스퍼터링 표면으로부터 미량의 재료를 분리한다. 분리된 타겟 재료는 배기된 포위체를 횡단하여 증착되어 기판 상에 박막을 형성한다.

탄탈이 다양한 마이크로전자 디바이스 회로에 이용된 Cu 상호 접속부를 위한 주 확산 배리어 재료로서 증가적으로 사용되고 있다. Ta 또는 Ta/N 배리어 필름은 Ta 소스 재료, 즉 Ta 스퍼터 타겟이 고에너지 플라즈마에 의해 침식되는 음극 스퍼터링 프로세스를 경유하여 증착된다.

타겟 입경, 순도 및 조직은 Ta 및 다른 스퍼터 타겟에 의해 코팅된 필름의 조성 및 두께의 균일성을 제공하기 위한 요구와 관련된 중요한 특성으로서 간주된다. 다양한 금속 가공 프로세스가 바람직한 타겟 특성이 성취될 수 있는 효과적인 저비용의 방법을 제공하는 목표를 갖고 스퍼터 타겟의 제작에 이용되어 왔다.

일 예시적인 실시예에서, 본 발명은 BCC 금속 또는 합금으로부터 스퍼터 타겟을 제조하는 방법에 관한 것이다. BCC 금속 또는 금속 합금의 잉곳이 제공되어, 3축 단조된다. 잉곳의 중심선은 잉곳의 중심축을 규정하고, 3축 단조 중에 잉곳의 중심에 유지된다. 프로세스는 제 1 어닐링 단계에서 잉곳을 진공 어닐링하고, 중심선이 잉곳의 중심에서 시계방향 롤링 중에 사용된 압축력에 수직으로 유지되는 동안 잉곳을 시계방향 롤링하는 단계를 추가로 포함한다. 잉곳은 제 2 어닐링 단계에서 더 진공 어닐링되고, 이어서 원하는 형상이 잉곳에 부여되어 거의 전체 형상 스퍼터 타겟을 생성한다.

본 발명의 대안적인 실시예에서, 잉곳은 3축 단조 단계에 앞서 압출된다. 어닐링 단계가 약 950 내지 1300℃의 온도에서 수행될 수 있고, 시계방향 롤링이 분위기 온도에서 수행될 수 있다. 시계방향 롤링은 2개의 시계방향 롤링 작업을 포함할 수 있다. 제 1 작업에서, 일 실시예에 따르면, 적어도 50% 면적 감소가 성취된다. 다른 실시예에서, 또한 분위기에서 수행되는 제 2 시계방향 롤링 작업이 추가의 60% 이상의 면적 감소를 초래한다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 타겟은 제 1 및 제 2 시계방향 롤링 단계 사이의 중간 어닐링 단계에서 어닐링된다. 이 중간 어닐링은 약 1000 내지 1200℃의 온도에서 수행된다.

본 발명의 다른 양태에서, 제 1 어닐링 단계는 시계방향 롤링에 앞서 수행되고, 최종 어닐링 단계가 제 2 시계방향 롤링 후에 수행된다. 추가적으로, 다른 실시예에서, 3축 단조의 적어도 일부는 약 800℃의 가열된 조건 하에서 제공된다.

BCC 금속은 Ta 및 Nb/Ti 합금인 관심의 특정 금속을 갖고 이들 프로세스를 받게 될 수 있다. 다른 바람직한 실시예에서, 잉곳은 전자빔 용융되고 이어서 잉곳의 진공 아크 재용융된다.

BCC 금속 자체에 관련된 본 발명의 다른 양태에서, 적어도 99.5%, 바람직하게는 99.995% 이상의 순도를 갖는 탄탈 금속이 제공된다. Ta는 약 25 ppm 미만의 CONH 함량 및 약 50 내지 100 미크론의 입경을 갖는다. 금속은 두께의 중간점을 향한 구배를 갖는 우세한 {111} 조직에 의해 또한 특징화된다.

도 1은 본 발명의 다양한 실시예를 도시하는 흐름도.
도 2a는 예에 따라 제조된 블랭크 중 하나의 {110}, {200}, {211} 및 {222} 조직을 도시하는 극점도.
도 2b는 예에 따라 제조된 블랭크의 두께를 통한 타겟 중간 반경의 전자 후방 산란 회절(EBSD) 컬러맵.
도 3은 예에 따라 제조된 블랭크 중 하나의 두께를 통한 {111}/{100} 조직 구배의 그래프.
도 4는 예에 따라 제조된 블랭크의 컬러 코딩된 역 극점도를 갖는 EBSD에 의한 컬러 조직 맵.
도 5는 3개의 조직의 15°수집을 도시하는 도 4의 동일한 데이터 세트의 EBSD 컬러맵.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 이용된 다수의 방법 단계를 도시하는 개략 프로세스 다이어그램.
도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 사용된 다른 방법 단계를 도시하는 개략 프로세스 다이어그램.

예시적인 실시예들 중 하나에서, 본 발명은 타겟이 BCC(체심 입방) 내화 금속으로 구성되어 있는 물리적 기상 증착(PVD) 방법에 사용되는 유형의 스퍼터 타겟을 제조하는 방법에 관한 것이다. 이들 금속은 Ta, Nb, V, Mo 및 이들의 합금을 포함한다. 예시적인 합금은 Nb/Ti 합금을 포함하고, 여기서 Ti는 0.5 내지 95% Ti의 원자 퍼센트량으로, 더 바람직하게는 1 내지 65 원자 퍼센트 Ti로 존재한다. 이들 NbTi 합금은 반도체 용례에서 구리 상호 접속부를 위한 배리어 재료로서 관심이 있을 수 있다. 본 발명의 다른 양태는 고도로 순수한 Ta 제조 방법 및 Ta로 구성된 PVD 타겟에 관련된다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 프로세스는 전자빔(e-beam) 용융된 결정 구조를 정련하기 위해 진공 아크로(VAR) 내의 전자빔 잉곳의 재용융을 수반한다. 이 프로세스는 잉곳의 화학적 순도에 악영향을 미치지 않는다. 일 실시예에서, VAR 잉곳은 구조체를 더 정련하기 위해 압출되어 모든 3개의 축(X, Y, Z)에서 업셋 단조된다. 다음에, 이는 어닐링된다. 다른 실시예에서, VAR 잉곳은 모든 3개의 축에서 간단히 업셋 단조되고 이어서 진공 어닐링된다. 이들 실시예의 양자 모두에서, 부분들은 초기 잉곳축이 플레이트의 중간에서 롤 압축력에 수직으로 유지된 상태로 시계방향 교차 롤링된다. 다음, 중간 어닐링이 최소 50% 면적 감소로 초기 시계방향 롤링 작업을 경유하여 성취된 후에 잉곳에 제공된다. 다음, 다른 시계방향 롤링 단계가 추가의 60% 면적 감소를 생성한 후에, 최종 어닐링이 잉곳에 제공된다. 이들 프로세스는 표준으로서 산업에서 확립된 공지의 {100}/{111} 내지 {111} 구배를 갖는 미세한 결정 균질 구조를 생성한다. 조직 구배는 중간 어닐링 단계를 변경하고 최종 어닐링에 앞서 % 감소를 증가시킴으로써 변경될 수도 있다. 이는 두께의 중간점을 향한 더 높은 % {111}을 갖는 {111}{100} 혼합 조직을 갖는 미세 결정 50 내지 70 미크론 플레이트를 생성할 것이다.

다른 예시적인 실시예는 210 mm 직경 × 최대 400 mm의 잉곳으로부터 125 mm 직경 × 1125 mm의 바아까지 99.5 내지 99.9995%의 총 및 잉곳 순도의 20 ppm 미만의 CONH의 VAR Ta 잉곳을 업셋 단조(다축)하는 것을 포함한다. 바아는 이어서 개별 크기의 단편들로 절단되고, 실온에서 다수의 업셋 단조 단계가 반복된다. 다음에, 빌렛이 950℃ 내지 1300℃에서 어닐링되고, 40 내지 70%의 면적 감소로 가압되고, 950 내지 1300℃에서 더 어닐링되고, 최소 50% 면적 감소로 압축 롤링되고, 이어서 빌렛은 950 내지 1300℃에서 최종 어닐링이 제공된다. {111} 우세 재료(>50% {111})의 조직을 생성하기 위해, 어닐링 온도는 1000℃ 미만으로 유지되어야 한다. 더 혼합된 {111}/{100} 조직을 생성하기 위해, 어닐링 온도는 단조 단계에 1200℃ 및 가압 및 압축 롤링 중에 1100℃ 부근에 근접해야 한다. 이들 방법은 모든 BCC 내화 금속이 평면형 또는 중공 음극 마그네트론 타겟과 같은 3D 타겟에 대해 스퍼터링 타겟 블랭크로 가공될 수 있게 하는 것을 지원해야 한다.

이제, 도 1을 참조하면, 다양한 예시적인 실시예에 수반된 단계를 도시하는 개략 프로세스 다이어그램이 제시되어 있다. 도시된 바와 같이, 전자빔 용융된 잉곳이 제공된다(10). 이 잉곳은 Ta, Nb, V 및 베타 Ti 및 이들의 합금과 같은 임의의 BCC 금속을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 전자빔 잉곳의 순도는 4N 내지 5N이고, 금속의 틈새 함량(interstitial content)(존재하는 C, O, N 및 H의 양을 의미함)은 25 ppm 미만이다. 전자빔 잉곳은 이어서 소비 가능한 전극으로서 Ta 잉곳을 사용하여 진공 아크 재용융(VAR)을 받게 되고(12), 이에 의해 전자빔 재용융에 비교하여 더 균일하고 더 미세한 초기 입경이 생성된다. 또한, 진공 아크 재용융은 균일한 입경 및 조직을 성취하기 위해 필요한 다중 방향 업셋 단조 단계의 수를 감소시킨다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 잉곳은 이어서 산화하는 것을 방지하기 위해 구리 합금 내에 포위되는 동안 약 800℃에서 압출 프레스에서 업셋 단조된다. 여기서, 연속적인 가압 단계가 제공될 수 있어 빌렛의 전체 직경은 시작 VAR 용융된 잉곳의 직경에 비교하여 약 35 내지 60% 증가한다.

도 1에 도시된 실시예 중 하나에서, 잉곳은 이어서 압출 프로세스 중에 이용된 압축력에 수직으로 빌렛의 중심에서 중심선을 유지하면서 도면 부호 20으로 도시된 바와 같이 4회 압출된다. 빌렛은 약 700 내지 1000℃의 온도 하에서 1 내지 4시간의 기간 동안 도면 부호 30에 도시된 바와 같이 진공 어닐링될 수 있다.

잉곳 또는 빌렛은 이어서 톱 절단, 워터젯, 레이저젯, 전자빔 등과 같은 통상의 방법을 통해 원하는 길이로 절단될 수 있다. 이는 이어서 잉곳축이 빌렛의 중심에 유지되거나 보유되는 3축 단조 단계(40)를 받게 된다. 잉곳축에 수직인 방향에서의 단조에 추가하여, 이 3축 단조 단계는 그 중심선이 단조 단계 중에 이용된 압축력에 평행하도록 빌렛을 회전하는 단계를 포함하고, 빌렛은 일 실시예에서 최종 빌렛이 실질적으로 단면이 원형이고 약 5 인치(127 mm) 직경을 갖도록 연속적인 단조 단계를 통해 축 주위에서 회전되어 있다.

각각의 빌렛 또는 타겟 블랭크는 이어서 지정된 높이로 평탄화되기 위해 중앙 잉곳에 수직으로 냉간 가압된다. 일 예시적인 실시예에서, 최종 높이는 중심선(CL)을 따라 측정될 때, 1.6 내지 1.7 인치(40.64 내지 43.18 mm), 바람직하게는 1.625 인치(41.275 mm)일 수 있다. 빌렛은 이어서 1시간 동안 약 1100℃에서 진공 조건 하에서 도면 부호 50에 도시된 바와 같이 어닐링된다.

타겟 블랭크는 이어서 압축 롤을 통해 다양한 각도에서의 다수의 패스를 수반하는 시계방향 롤링 단계(60)의 준비가 된다. 시계방향 롤링은 CL이 압축력에 수직인 상태로 수행된다. 일 실시예에서, 타겟 블랭크는 대략 50 내지 60% 두께 또는 면적 감소를 성취하도록 롤링 밀에서 시계방향 롤링되고, 이어서 약 1050 내지 1100℃에서 중간 어닐링된다. 일 실시예에서, 이 중간 어닐링(62)은 다른 60 내지 70% 면적 감소 후에 표준 치수로의 압축 롤을 통한 디스크 또는 빌렛의 다수의 롤을 포함하는 추가의 시계방향 롤링 단계로 이어진다. 최종 어닐링은 3시간 동안 1000℃에서 착수될 수 있다.

타겟 블랭크는 이어서 그 최종 사용 형상으로 밀링되거나 다른 방식으로 형성되고, 기계/그라인딩, 샌드블라스팅 및/또는 산 에칭과 같은 통상의 기술을 통해 세척된다. 이는 이어서 타겟/백킹 플레이트 조립체를 형성하기 위해 적합한 백킹 플레이에 접합의 준비가 된다. 일 실시예에서, Ta 타겟이 제공되고, 이 타겟은 대략 565℃에서 알루미늄 백킹 플레이트에 HIP된다. 납땜, 브레이징, 용접, 열간 가압 등을 포함하는 다른 접합 기술이 타겟과 백킹 플레이트를 결합하는데 사용될 수 있다.

압출 프로세스가 사용되지 않는 도 1에 도시된 다른 실시예에서, VAR 잉곳(12)은 도면 부호 140에 도시된 바와 같이 3축 업셋 단조된다. 다음에, 이는 필요한 빌렛 크기로 절단된다. 3축 단조 단계(140)는 잉곳의 CL이 빌렛의 중심에 유지되는 상태로 재차 수행된다. 이 실시예에서, 3축 단조 단계로부터의 빌렛은 이어서 1 내지 4 시간의 기간 동안 1000 내지 1200℃의 온도에서 진공 어닐링(130)을 받게 된다.

다음에, 이와 같이 단조된 빌렛은 축 또는 빌렛의 중심선이 압축력에 수직으로 유지되는 상기 언급된 유형의 시계방향 롤링(160)을 받게 된다. 시계방향 롤링은 예를 들어 압축 롤러를 통한 6개의 패스에 이어서 압축 롤러를 통한 약 10개의 패스를 제공하는 후속의 시계방향 롤링을 갖는 어닐링 단계(162)를 포함할 수 있다. 초기 시계방향 롤링 단계는 50% 면적 감소를 초래할 수 있고, 제 2 시계방향 롤링 단계는 추가의 60% 면적 감소를 제공한다. 타겟 블랭크는 이어서 진공 조건 하에서 1 내지 4의 기간 동안 1000℃에서 최종 어닐링(164)의 준비가 된다.

도 1의 우측을 따라 도시된 바와 같이, 다른 예시적인 실시예에서, 추가의 3축 단조 단계(145)가 제 1 진공 어닐링 단계(130) 후에 이용될 수 있고, 이 3축 단조 단계(145)는 단조된 빌렛이 진공 하에서 약 1 내지 4시간 동안 약 1000 내지 1200℃의 노 온도를 받게 되는 선택적 진공 어닐링 단계(135)로 이어진다.

본 출원은 본 발명의 실시예를 예시하고 있는 것으로 해석되어야 하고 본 발명을 한정하거나 범위를 축소시키도록 해석되어서는 안되는 이하의 예와 함께 더 설명될 것이다.

예

전자빔 용융된 Ta 잉곳이 얻어진다. 잉곳은 4N5 초과의 순도 및 20 ppm 미만의 틈새(즉, C, O, N, H) 순도를 갖는다. 이 잉곳은 이어서 진공 아크로 내에서 진공 아크 용융된다(VAR). 아크 전위는 38 볼트이고 전류는 20,000 내지 22,000 암페어이다. VAR 후에, 잉곳은 세척되어 스케일 및 결함을 제거한다. 잉곳은 총 순도를 위해 샘플링되고, 4N5 초과의 총 순도 및 20 ppm 미만의 틈새 순도를 갖는 것으로 발견되었다.

VAR 잉곳은 약 226 mm의 직경을 갖는다. 이 잉곳은 이어서 압출 프레스 내에 포위되어 산화를 방지하기 위해 Cu 합금층으로 덮인다. 이는 이어서 열간 업셋 단조되는데, 즉 대향 상부 및 하부 다이에 수직으로 잉곳의 중심축(CL)을 유지한다. 잉곳은 800℃의 온도로 유지되고, 잉곳의 직경은 약 320 mm로 증가된다.

잉곳은 이어서 여전히 산화를 방지하기 위해 Cu 합금 내에 포위되면서 800℃의 온도에서 압출된다. 압출 프로세스에서, 잉곳은 다듬질되고 감소된 직경의 원통형 다이를 통해 통과되어, 약 170 mm로 잉곳 직경의 협소화를 초래한다. 압출 다이에 진입하는 잉곳의 CL은 압출 프로세스 전체에 걸쳐 동일한 배향으로 유지되어, 압출 다이를 나오는 협소화된 빌렛이 압출 다이에 공급된 잉곳의 CL과 합동으로 배향된 CL을 갖는다. CL은 압출 중에 사용된 압축력의 평면에 수직으로 위치된다.

최종 빌렛은 세척되고 CL에 수직으로 톱 절단되어 약 6 인치(152.4 mm)의 직경 및 약 1.875 인치(47.625 mm)의 길이(CL을 따라 측정된 바와 같은)를 갖는 복수의 디스크를 생성한다. 각각의 빌렛은 블랭크의 중심에 CL을 유지하면서 단조된다. 이 단조는 블랭크가 그 축 상에서 회전되어 CL이 다이 사이에 평행하게 위치되도록 하는 초기 단계로 시작된다. 이는 약 5.5 인치(139.7 mm)의 좁은 직경을 생성한다. 각각의 블랭크는 이어서 90°회전되고 재차 가압되고, 이어서 45°회전 가압 및 90°회전 가압이 교대된다. 빌렛은 약 5 인치(127 mm)의 최종 직경이 얻어질 때까지 회전되어 중심선에 평행하게 가압된다.

블랭크는 이어서 약 1.625 인치(41.275 mm)의 요구 높이를 얻기 위해 CL에 수직으로 가압된다. 각각의 블랭크는 이어서 1시간 동안 1100℃에서 진공 어닐링된다. 각각의 타겟 블랭크는 이어서 롤링 밀에서 시계방향 롤링되어, 블랭크의 중심에서 압축력에 수직으로 블랭크의 CL을 유지한다. 이는 약 50%의 면적 감소를 초래한다. 다음에, 블랭크는 1시간의 기간 동안 1100℃의 온도에서 어닐링된다. 블랭크는 재차 시계방향 롤링되어, 블랭크의 중심에서 압축 롤에 수직으로 VAR 잉곳 CL을 유지한다. 이는 60% 면적 감소를 초래한다. 블랭크는 이어서 1시간 동안 1000℃에서 최종 어닐링을 받게 된다. 이와 같이 형성된 블랭크는 가공되고 이어서 세척되어 이들이 스퍼터 타겟으로서 사용 준비가 된다.

이 예에 따라 제조된 블랭크로부터 Ta 타겟은 약 50 내지 75 미크론의 입경을 갖는다. 조직은 타겟의 두께 전체에 걸쳐 평균화된 주로 {111}이다. 그러나, 관통 두께 조직이 검사될 때, 표면으로부터 양 표면으로부터 중간 평면까지 구배가 존재한다. 표면 부근의 재료는 (100) 및 (111)의 혼합이고, (111)의 양은 중심을 향해 증가된다. 조직 구배의 존재는 롤링에 의해 가공된 탄탈 플레이트에 대해 수직이다. 전통적으로, X선 회절을 사용하는 단일 평면 조직 측정은 조직 구배 내로의 약간의 통찰력을 제공한다. SEM에서의 전자 후방 산란 회절의 사용은 개별 입자 방위 정보를 제공할 수 있다. 이 정량적인 기술을 수행하려는 시도는 과학 사회에 의해 완전히 수용되어 있지는 않다.

조직 성분, 두께(구배 및 밴딩)를 통한 편차를 정량화하기 위해, 특징이 서로 무관하게 측정되게 하도록 탄탈 스퍼터 플레이트 공급자 및 사용자를 유도함으로써 방법이 협동적으로 개발되었다. 롤링된 탄탈 플레이트에서, 조직은 공칭적으로 그 중간 두께 중심선에 대해 대칭적이고, 각각의 절반(상부 및 하부)은 개별적으로 분석되어 비교될 수 있다. 관통 두께 샘플은 전자 후방 산란 회절 능력을 갖는 SEM에서 측정되고, 2차원 맵이 EBSD 데이터 파일로서 수집된다. "측정된 상태의" 방위는 횡단방향 계획에 있고, 각각의 데이터 점은 플레이트 법선 방위(ND)에서 조직을 나타내도록 회전된다. 각각의 데이터 점은 조직 방위를 갖고, 개별 입자가 인덱스될 수 있다. 픽셀당 데이터가 이하의 분석에서 사용된다.

원래 EBSD 데이터는 모든 가능한 조직을 표현하는 멀티 컬러맵으로부터 3개의 주요 컬러로 변환될 수 있다. (예를 들어, 도 2b, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같은 EBSD 컬러 맵). 주요 컬러는 이들이 디스플레이 내에 동일한 콘트라스트를 나타내기 때문에 선택된다. 분석되고 있는 3개의 조직에 대한 15°컷오프 내에서 인덱스되지 않는 임의의 점은 컬러 그레이로서 제시되고 분석된 조직의 체적 분율(Ftotal)에 카운트되지 않는다.

계산을 위해, 전체 데이터 세트는 x 방향(두께 방향)에 수직인 얇은 슬라이스로 분할된다. 결정학적 조직은 각각의 슬라이스에서 평균화된다(y 방향에 걸쳐). 각각의 슬라이스의 폭은 x-스텝 거리이다. 이는 픽셀 맵을 생성하는데 사용된 x 방향에서의 최소 전자빔 단계적 증분의 정수배(n-스텝)로서 지정된다. 일반적으로, 1의 n-스텝이 사용된다. 이는 전자빔 단계화 거리가 입경에 비교하여 매우 작게 설정되면 더 커질 수 있다. EBSD 스텝 크기는 평균 선형 절단(ASTM E112 입경법)의 약 1/3으로 설정되어야 한다. 분석 면적은 적어도 100 스텝 폭(RD 롤링 방향)이어야 한다.

성분(100//ND 및 111//ND는 일반적으로 탄탈 플레이트의 2개의 주요한 성분임)의 강도는 15°컷오프를 사용하여 각각의 절반 두께의 면적 백분율로서 측정된다. 2차원 EBSD 맵의 분석을 위해, 단지 3개의 조직 성분, {100}, {110} 및 {111}이 분석된다. 4개의 분석(길이 n-카운트의 각각)은 EBSD 입력 파일로부터의 데이터, 즉 F100, F110, F111 및 Ftotal을 수용하도록 요구된다. 픽셀 맵 내의 각각의 점에 대해, x-위치(두께 방향)는 계산 어레이를 갱신하기 위해 인덱스 위치를 결정한다.

오일러 각도(Φ 및 φ₂)는 방위 공간 내의 타겟 표면 법선(Nt)의 위치를 결정한다. 이들 2개의 각도는 각각 0 내지 90°, 0 내지 360°의 범위일 수 있다. 데이터 파일 내의 각각의 픽셀에 대해, 관련 조직 성분에 대한 각각의 방위 방향과 Nt의 각도를 계산할 필요가 있다. 3개의 성분에 대해, 계산되어야 할 26개의 각도가 존재한다. 결정 대칭 연산을 적용함으로써, Φ 및 φ₂의 범위가 감소될 수 있다. 발견된 최소 각도가 조직 성분 '후보자'를 결정한다. 이 각도는 15°로서 선택된 "컷오프" 각도에 비교된다. 각도가 "컷오프" 각도보다 작으면, 후보자 어레이는 증분된다[즉, F100(인덱스) = F100(인덱스) + 1]. 총 카운트 어레이가 증분된다[Ftotal(인덱스) = Ftotal(인덱스) + 1].

일단 모든 픽셀 데이터 점에 대한 계산이 전술된 바와 같이 완료되면, 조직 성분의 체적 분율은 x-스텝의 깊이 분해능을 갖는 깊이 방향(x)의 함수로서 계산되어 있다.

각각의 조직 성분은 분석 면적을 가로질러 윈도우를 이동시키고 각각의 윈도우 내에서 F(hkl)을 수집함으로써 분석된다. F(hkl)의 값은 위치(윈도우의 중심)에 의해 플롯팅된다. 데이터는 x-스텝보다 큰 밴드 또는 윈도우를 생성하고 밴드 또는 윈도우 내의 체적 성분을 평균화함으로써 평활화될 수 있다. 체적 분율 데이터는 각각의 x 스텝 위치에서 밴드 내의 평균값으로서 플롯팅된다.

일단 면적 분율[F(hkl)]이 각각의 윈도우 위치로부터 알려지면, 데이터는 최소 제곱법(선형 회귀)을 사용하여 선에 적합될 수 있다. 선의 기울기는 면적 분율/거리(%/mm)의 단위를 갖는 조직 구배이다. 도 3은 가장 양호한 적합선이 묘사되어 있는 도 2b의 EBSD 맵에 대한 F(100) 및 F(111)을 도시한다. 구배는 단지 절반 두께에 대해서만 계산되어야 한다. 샘플의 양 절반은 플레이트의 대칭성을 결정하도록 측정될 수 있다.

밴딩을 위해, F(hkl) 라인이 4차 미만의 다항식에 적합될 수 있고, 다항식으로의 데이터의 평균 편차(차이의 절대값)가 밴딩 심각도 수로서 사용된다. 다항식은 구배의 비선형성을 고려하고 결과로서 밴딩을 과추정하는 것을 회피한다. 노이즈는 또한 밴딩 계산의 과제이다.

EBSD 분석에서, 매우 적은 수의 입경이 개별 평면의 전통적인 X-선 회절 조직 분석(수천 대 수백만)에 비교하여 분석된다. 분석에 이용 가능한 비교적 낮은 수의 입자는 낮은 신호 대 노이즈비를 초래한다. 노이즈 레벨을 추정하기 위해, 랜덤 조직이 분석 그리드(모든 EBSD 점) 내의 모든 점에 할당될 수 있고, 동일한 분석이 완료된다. 0 초과의 밴딩수가 결과일 수 있다. 노이즈 계산을 다수회 실행함으로써, 평균 랜덤 노이즈가 결정되어 실제 데이터 세트로부터의 결과에 비교될 수 있다. EBSD 측정 방법은 강력하지만 시간 소모적이다. 전통적인 XRD와 동일한 수의 입경으로부터 데이터를 축적하는 것은 비실용적일 것이다. 분석을 지원하기 위해, 컴퓨터 프로그램은 EBSD 데이터 파일로부터 계산을 자동으로 수행하여 도 3에서와 같이 그래픽 형태로 결과를 제공하도록 기록될 수 있다. 이러한 프로그램은 발생되어 방법을 개발하기 위해 함께 동작하는 부재에 이용 가능해진다.

탄탈 플레이트에 대해, 조직 구배가 예측되지만, 이 구배는 선택된 열 기계 가공 루트에 기초하여 매우 상이할 수 있다. 표면 부근에서 혼합된 {100}{111}로부터 {111}이 많은 중간층으로의 점진적인 전이를 갖는 탄탈 플레이트는 양호한 스퍼터링 특성을 제공한다. 이 방법은 비율보다는 성분의 실제값을 나타내기 때문에 조직을 정량화하기 위한 이전의 방법들보다 우수하다.

110 성분이 100 및 111 성분에 비교하여 작은 예(예에서와 같이)에서, 이는 무시될 수 있다.

도 2a는 타겟 블랭크 전체에 걸쳐 강한 {111} 조직을 지시하는 상기 예에서 제조된 블랭크 중 하나의 {110}, {200}, {211} 및 {222} 조직을 도시하는 극점도이다. 도 2b는 두께를 통한 타겟 중간 반경의 전자 후방 산란 회절(EBSD) 컬러맵이다. 도 3은 예에 따라 제조된 일 블랭크에 대한 두께 전체에 걸친 {111}/{100} 조직 구배 및 밴딩 팩터의 그래프이다.

도 3의 적색 및 청색 라인은 좌측으로부터 우측으로 두께를 통한 이동 평균이다. 전체 두께는 2개의 절반으로 분할되어 중간 구배로의 표면이 결정될 수 있다. 적색은 {100}이고, 청색은 {111}이다. 조직 구배는 면적 %/mm 단위의 S100 또는 S111 수이다. B100/B111 수는 "밴딩" 계산이고, 적합선(평활)으로부터의 도함수이다. 분석에 의해 알 수 있는 바와 같이, {111}은 중심에서 더 많고, {100}은 전체에 걸쳐 상당히 균일하다. 좌측에는 소수의 {100} 밴드의 증거가 있다.

도 3에 도시되고 전술된 정량 절차를 통해 유도된 조직 구배 및 밴딩 팩터를 재차 참조하면, 타겟의 중간 분율은 우세한 {111} 조직을 갖는 것으로 보여질 수 있다. "중간 분율"이라는 것은, 총 타겟 두께의 약 20% 내지 약 80%가 이 조직에 의해 특징화되는 것을 의미한다. 가장 바람직하게는, {111} 조직은 타겟 두께의 중앙 중간 분율, 즉 총 타겟 두께를 통해 약 40 내지 60%를 통해 우세하다.

일 예(도 3에 도시된 바와 같이)에서, 블랭크는 이하의 조직 구배 및 밴딩 팩터를 갖는 것으로 발견되었다.

도 3

예 1

제 1 절반 두께

{111} S111 6.98%/mm

B111 4.616%

{100} S100 -4.72%/mm

B100 4.560%

제 2 절반 두께

{111} S111 -8.78%/mm

B111 4.35%

{100} S100 .39%/mm

B100 2.851%/mm

예 1의 동일한 절차에 따라 제조된 다른 예에서, 최종 블랭크는 이하의 조직 구배 및 밴딩 팩터를 갖는 것으로 발견되었다.

예 2

제 1 절반 두께

{111} S111 8.21%

B111 6.619%

{100} S100 -2.64%/mm

B100 7.045%

제 2 절반 두께

{111} S111 -11.78%/mm

B111 8.412%

{100} S100 4.31%/mm

B100 6.500%

타겟의 상부 절반 두께를 통한 약 4 내지 13%/mm의 {111} 조직 균일도가 바람직하다는 것을 발견하였다. 일 예시적인 실시예에서, {111} 평면 방위에 대한 밴딩 팩터는 상부면으로부터 약 0 내지 8%이고, 두께의 중심을 향해 상향으로 경사져야 한다(도 3에 도시된 바와 같이). {111} 조직 균일도 및 {111} 밴딩 팩터는 도 3에 도시된 바와 같이, 타겟의 상부 및 저부 타겟 표면에 수직인 중심 평면에 대해 실질적으로 대칭이라는 것(타겟 두께를 통해 50%)을 또한 주목하라. 달리 말하면, {111} 조직 균일도 및 밴딩 팩터의 양자 모두는 중심 평면으로부터 상부면을 향해 그리고 중심 평면으로부터 저부면을 향해 볼 때 실질적으로 경면 이미지로서 나타난다.

바람직한 실시예에서, 플레이트의 제 1 절반 두께를 통한 {111} 조직 구배(S111)는 약 6% 내지 약 9%/mm의 범위일 수 있다. 바람직한 {111} 밴딩 팩터(B111)는 이 제 1 절반 두께에 대해 약 7% 내지 0%의 범위이다(즉, 도 3의 좌측).

도 4는 컬러 코딩된 역 극점도를 갖는 EBSD에 의한 멀티 컬러 조직맵이다. 도 5는 3개의 조직의 15°수집을 도시하는 도 4에 도시된 동일한 데이터 세트의 ESBD 컬러맵이다. 주 극들 중 하나의 15도 이내의 임의의 결정은 {111}, {100} 또는 {110}으로서 정의된다. {111}(청색) 및 {100}(적색) 입자는 이어서 각각의 절반 두께에서 두께를 가로질러 평균화되고 조직의 구배를 도시하기 위해 플롯팅된다. 여기서, 블랭크 두께의 전체에 걸쳐 100 분율은 20.5%이고, {111} 분율은 28.8%이다. 도 4 및 도 5의 양자 모두는 예 1이라 칭하는 블랭크에 대한 데이터를 도시한다. 예 2라 칭하는 블랭크에서, 블랭크 두께 전체에 걸쳐 최종 {100} 분율은 25.6%이고, 최종 {111} 분율은 33.5%이다.

도 6 및 도 7은 전자빔 및 VAR 용융된 잉곳이 압출 단계를 받게 될 때 본 발명의 일 실시예를 도시하는 개략 프로세스 다이어그램이다. 도 6을 참조하면, 잉곳(212)은 약 226 mm의 직경을 갖고, 약 4N 내지 5N의 순도 및 25 ppm 미만의 COHN 불순물 레벨을 갖는 Ta로 본질적으로 구성된다. 잉곳(212)은 도면 부호 214 및 216에 도시된 바와 같이 초기 업셋 단조부를 구비하고, 여기서 단조 다이는 잉곳의 중심선(CL)에 대해 수직으로 배향되어 있다. 여기서, 잉곳은 약 288 mm의 근사 직경을 가질 때까지 압출 프레스 내에서 도면 부호 214에 도시된 바와 같이 초기에 가압된다. 잉곳은 산화하는 것이 방지되도록 구리 합금 내에 포위되고, 약 800℃에서 유지된 분위기 내에서 가열된다. 단계 216은 CL에 수직인 잉곳의 다른 업셋 단조를 도시한다. 여기서, 재차, 잉곳은 구리 합금 내에 포위되는 동안 가압되고, 단계 216의 결과로서 잉곳은 약 320 mm의 직경을 갖는다. 다음에, 잉곳은 도면 부호 218에 도시된 압축 단계를 받게 되고, 여기서 잉곳은 최종적인 잉곳이 약 200 mm의 직경을 갖도록 감소된 직경 다이 오리피스를 통해 강제 이동된다. 재차, 이 작업은 약 800℃에서 수행된다. CL은 잉곳의 중심 내에서 최종 압출된 잉곳 내에 유지되고, 압출 중에 이용된 압축력(평면 표면에 의해 도시된 바와 같이)은 CL에 수직이라는 것을 주목하라. 원한다면, 잉곳은 더욱 더 좁은 다이 오리피스가 사용되어 제 2 압출을 나오는 잉곳이 약 170 mm의 직경을 갖는 제 2 압출 작업을 받게 될 수 있다.

다음에, 도 7에 도시된 바와 같이, 압출 프로세스로부터 나오는 빌렛은 요구 길이로 톱 절단되거나 다른 방식으로 절단된다. 여기서, 톱 절단된 빌렛(220)은 대략 6 인치(152.4 mm)의 직경 및 약 1.875 인치(47.625 mm)의 CL을 따라 측정된 바와 같은 높이를 갖는다. 다음에, 재차 도 7에 도시된 바와 같이, 빌렛은 도면 부호 242, 244, 246, 248 및 250에 도시된 바와 같이 회전되어 다양한 단축 단조 단계를 받게 된다. 이들 단축 단조 단계들은 빌렛의 CL이 압축력에 평행한 상태로 모두 수행되고, 이 단계들의 순서 중에, 빌렛은 축(CL) 상에서 회전되고 가압되어 최종적으로 약 5 인치(127 mm)의 직경을 갖는 실질적으로 원통형 빌렛을 도면 부호 250에 도시된 바와 같이 생성하게 된다. 빌렛은 이어서 회전되어 그 CL이 압축력에 수직이 되고, 빌렛은 이어서 요구 높이, 이 경우에 CL을 따라 측정될 때 약 1.625 인치(41.275 mm)로 가압된다. 부분은 이어서 1시간 동안 약 1100℃에서 어닐링된다.

도 7에 더 도시된 바와 같이, 이와 같이 가압된 부분은 빌렛의 CL이 롤러의 압축 닙에 대응하는 평면에 수직으로 유지되는 도면 부호 262에 도시된 바와 같은 시계방향 롤링 단계를 받게 된다. 중간 어닐링 단계는 대략 50%의 면적 감소가 성취된 후에 롤 패스들 사이에서 1시간 동안 약 1100℃에서 수행될 수 있다. 다음, 블랭크는 다른 60% 면적 감소 후에 표준 치수로 더 시계방향 롤링될 수 있고, 이어서 최종적으로 1시간 동안 약 1000℃에서 어닐링된다. 부분의 CL은 그 상부면의 평면에 수직이다.

그 다양한 예시적인 실시예를 참조하여 본 발명이 설명되었지만, 수정 및 변형이 첨부된 청구범위에 규정된 발명의 범주로부터 벗어나지 않고 가능하다는 것이 명백할 것이다.

Claims

BCC 금속 또는 BCC 금속의 합금으로부터 스퍼터 타겟을 제조하는 방법으로서,
a) 상기 BCC 금속 또는 합금의 잉곳을 제공하는 단계와;
b) 상기 잉곳을 3축 단조하는 단계로서, 상기 잉곳은 상기 잉곳의 중심축을 규정하는 중심선(CL)을 갖고, 상기 CL은 상기 3축 단조 중에 상기 잉곳의 중심에 유지되는 상기 3축 단조 단계와;
c) 적어도 제 1 어닐링 단계에서 상기 잉곳을 진공 어닐링하는 단계와;
d) 상기 CL이 시계방향 롤링 중에 사용된 압축력에 수직으로 상기 잉곳의 중심에 유지되는 동안, 상기 잉곳을 시계방향 롤링하는 단계와;
e) 제 2 어닐링 단계에서 상기 잉곳을 진공 어닐링하는 단계; 및
f) 상기 스퍼터 타겟을 형성하기 위해, 상기 잉곳에 원하는 형상을 부여하는 단계를 포함하는 스퍼터 타겟 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 3축 단조는 복수회 반복되는 스퍼터 타겟 제조 방법.
제 2 항에 있어서, 상기 진공 어닐링 단계 c)는 상기 복수의 3축 단조 단계의 각각 후에 수행되는 스퍼터 타겟 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 잉곳을 압출하는 추가의 단계를 포함하는 스퍼터 타겟 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 진공 어닐링 단계는 약 950 내지 1300℃의 온도에서 수행되고, 상기 제 2 어닐링은 약 950 내지 1300℃의 온도에서 수행되는 스퍼터 타겟 제조 방법.
제 5 항에 있어서, 상기 시계방향 롤링은 분위기 온도에서 작동하여 적어도 50% 면적 감소를 초래하는 제 1 시계방향 롤링을 포함하는 스퍼터 타겟 제조 방법.
제 6 항에 있어서, 상기 시계방향 롤링은 적어도 추가의 60% 면적 감소를 초래하는 분위기 온도에서의 제 2 시계방향 롤링을 포함하는 스퍼터 타겟 제조 방법.
제 6 항에 있어서, 상기 제 1 시계방향 롤링 후에, 상기 잉곳은 약 950 내지 1200℃에서 중간 어닐링 단계에서 어닐링되는 스퍼터 타겟 제조 방법.
제 6 항에 있어서, 상기 제 1 어닐링 단계는 상기 시계방향 롤링 이전에 수행되고, 상기 제 2 어닐링 단계는 상기 제 2 시계방향 롤링 후에 수행되는 스퍼터 타겟 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 3축 단조의 적어도 일부는 약 800℃의 가열된 조건 하에서 제공되는 스퍼터 타겟 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 BCC 금속은 Ta인 스퍼터 타겟 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 BCC 금속은 Nb/Ti 합금인 스퍼터 타겟 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 단계 (a)는 용융된 전자빔 및 VAR 잉곳을 제공하는 단계를 포함하는 스퍼터 타겟 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 스퍼터 타겟은 상기 BCC 금속 또는 합금을 포함하는 상부면을 갖고, 상기 CL은 상기 상부면에 수직인 스퍼터 타겟 제조 방법.
두께 치수를 갖고 적어도 99.5%의 순도 및 약 25 ppm 미만의 CONH 함량을 갖는 Ta 금속으로서,
상기 Ta는 약 50 내지 100 미크론의 입경, 및 상기 두께 치수의 중간 분율 전체에 걸쳐 더 높은 %의 {111} 구배를 갖는 혼합된 {100}-{111}을 갖는 Ta 금속.
제 15 항에 있어서, 상기 CONH 함량은 20 ppm 미만이고, 상기 입경은 약 50 내지 70 미크론인 Ta 금속.
제 13 항에 있어서, 상기 금속의 상부 절반 두께를 통해 약 4 내지 13%/mm의 {111} 조직 균일도, 및 상기 금속의 상부면으로부터 상기 두께의 중심을 향해 약 0 내지 8%의 {111} 평면 방위에 대한 밴딩 팩터를 갖는 Ta 금속.
제 17 항에 있어서, 상기 {111} 조직 균일도 및 상기 밴딩 팩터는 실질적으로 상기 금속의 상부면 및 저부면에 수직인 중심 평면에 대해 대칭이고 상기 금속 두께의 중간점에 위치되는 Ta 금속.
제 15 항에 있어서, 99.995% 이상의 순도를 갖는 Ta 금속.
본질적으로 제 15 항에 따른 Ta 금속으로 이루어진 스퍼터 타겟.